2.3. Волны продольные и поперечные. Поляризация

Когда волна распространяется вдоль некоторого направления, например, вдоль оси 0X, колебания могут происходить вдоль того же направления (такая волна называется продольной), либо в перпендикулярном к нему направлении (волна поперечная). Если волна механическая, с колебаниями связаны реальные перемещения некоторых масс. В электромагнитной волне, которая является поперечной, в направлении осей 0Y и/или 0Z направлено электрическое поле, изменяющееся во времени. Таким образом, фактически вдоль оси 0X могут распространяться две волны одной частоты

; .

Вообще говоря, у них могут быть разными значения амплитуд и/или начальных фаз. При этом результирующая картина колебаний будет различной.

Термин “поляризация” обычно применяется лишь при анализе электромагнитной волны. Но “увидеть” картину результирующих (суммарных) колебаний, представить их себе проще, если мы будем рассматривать поперечные колебания струны. Все-таки в этом случае вдоль того или иного направления происходит реальные колебания участков струны, движущихся по некоторым траекториям в плоскости Y0Z, перпендикулярной направлению распространения. В случае волны электромагнитной по такой траектории движется конец вектора .

Z Z O’

E_Y=0

E_Z=0 Y q Y

O

Рассмотрим так называемую плоскую или линейную поляризацию. При такой поляризации колебания происходят вдоль некоторой прямой. И направление этой прямой может быть различным.

Если одна из составляющих (y- или z-составляющая) равна нулю, колебания происходят вдоль координатной оси (0Z или 0Y соответственно). Другие возможные случаи линейной поляризации реализуются при равенстве фаз колебаний j_Y = j_Z. При этом .

Z

Y

В плоскости Y0Z колебания происходят вдоль прямой OO’, отсюда термин “линейная поляризация”. С другой стороны, векторы электрического поля параллельны плоскости, проходящей через эту прямую и ось0X. Поэтому такую поляризацию называют иногда плоской.

Если иE_Y0 = E_Z0, поляризация будет круговой, при различных амплитудах - эллиптической. При этом оси эллипса направлены вдоль координатных осей.

При прохождении световой волны через некоторые вещества разность фаз колебаний вдоль координатных осей может изменяться, будет изменяться и вид поляризации.

При этом обычно обеспечивается равенство амплитуд y- и z-составляющих колебаний.

Z Z Z Z Z Z

Y Y Y Y Y Y

00 450 900 1350 1800 2250

р а з н о с т ь ф а з

В таких условиях направление осей эллипса могут быть произвольными. Заметим, что отрезок прямой или окружность можно рассматривать как частные случаи эллипса. Поэтому, вообще говоря, существует лишь один вид поляризации - эллиптическая.

Но сказанным не исчерпывается классификация видов поляризации. При излучении света реальными источниками разность фаз и амплитуды колебаний не остаются постоянными, изменяются случайным образом. Если характерное время изменения поляризации меньше времени ее измерения (определения), такой свет называется неполяризованным. Возможна также частичная поляризация, когда колебания вдоль некоторого направления в среднем имеют большую амплитуду, чем в перпендикулярном ему.