Поляризация волн. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Исторически это понятие было введено в оптике ещё во времена "довекторных", то есть до математичеки формализованных, но физически содержательных описаний и первоначально разумно основывалось на свойствах поперечной анизотропии волновых пучков (см. Поляризация света). Оно распространено на все без исключения типы физических волновых возмущений (см. Волны), но основная терминология по-прежнему осталась связанной с электромагнитными (в частности, оптическими) полями.

Различают продольно и поперечно поляризованные волны в зависимости от ориентации вектора поля относительно волнового вектора (k). В электродинамике примером продольных волн служат плоские однородные плазменные волны (см. Ленгмюровские волны); к поперечным волнам в первую очередь относятся плоские однородные электромагнитные волны в вакууме или в однородных изотропных средах. Поскольку в последних электрические (Е) и магнитные (Н) векторы перпендикулярны волновому вектору (k), то их часто наз. волнами типа ТЕМ или ТЕН (см. Волновод ).Причём, если векторы поля (Е, Н) лежат в фиксиров. плоскостях (Е, k) и (Н, k), т. е. имеют фиксиров. направления в пространстве, используется термин "волны линейной поляризации". Суперпозиция двух линейно поляризованных волн, распространяющихся в одном направлении (k) и имеющих одинаковую частоту

но отличающихся направленностью векторных полей, даёт в общем случае волну эллиптической поляризации. В ней концы векторов E и H описывают в плоскости, перпендикулярной k, эллиптической траектории, ориентированные по правому или по левому винту в направлении k в зависимости от знака и величины разности фаз

между исходными линейно поляризованными составляющими. Соответственно, такая волна наз. право- или левополяризованной, что не совпадает с терминологией, принятой в оптике, где отсчёт направления вращения вектора поля ведётся в направлении (-k), т. е. в направлении на источник. В частном случае вырождения эллипсов в окружности волны становятся циркулярно поляризованными. Иногда именно волны с циркулярной (круговой) поляризацией выбирают в качестве нормальных мод среды. Линейно, эллиптически и циркулярно поляризованные волны являются полностью поляризованными волнами. Неполяризов. волны имеют в отличие от них некоррелированное во времени случайное направление векторов полей (Е и Н) (в оптике - естественный свет). Когда в волновом поле наряду со случайной присутствует ещё и поляризов. составляющая, то говорят о частично поляризованных волнах, количественно характеризуемых степенью поляризации, равной отношению средней по времени интенсивности поляризованной части излучения к полному её значению (см. Когерентность).

Весьма сложными поляризац. свойствами обладают пространственно неоднородные волны, которые в принципе можно рассматривать как суперпозицию однородных плоских волн (см. Волновод ).При этом характер поляризации векторов Е и Н часто оказывается различным. Так, если в бегущих вдоль оси x волнах типа ТМ поле Н ориентировано в поперечной к k плоскости

а поле Е образует эллипс поляризации в плоскости (Е, k), то в волнах типа ТЕ данное свойство видоизменяется

Для чисто стоячих волн приходится всегда указывать, относительно какого направления ориентированы эллипсы поляризации.

В неоднородных средах, как правило, описать поляризацию волновых полей очень трудно. Обычно ограничиваются рассмотрением лишь случая кусочно-однородных сред, в частности задачи о падении плоской волны на резкую границу раздела двух однородных изотропных сред (см. Френеля формулы).

В анизотропных средах волны разной поляризации имеют различные скорости распространения и различные коэффициенты затухания. Поэтому при падении волны на границу раздела с анизотропной средой могут возникать сразу неск. преломлённых волн, распространяющихся под углами, отличными от устанавливаемых Снелля законами. Такие свойства анизотропных сред лежат в основе многих поляризационных приборов (различных поляризаторов, деполяризаторов, поляризационных анализаторов, компенсаторов и т. п.).

Литература по поляризации

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.