Параметры Стокса. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Параметры Стокса - параметры, используемые для описания состояния поляризации эл--магн. волн. Введены Дж. Г. Стоксом (G. G. Stokes) в 1852.

Идеальная плоская монохроматич. волна в общем случае поляризована эллиптически. Состояние её поляризации обычно описывают, задавая направление колебаний электрич. поля. Если волна распространяется перпендикулярно плоскости рисунка в направлении от нас (ось Oz), a

- угол между большой осью эллипса и осью Оу, r - единичный вектор по оси Ох, l - единичный вектор по оси Оу, то электрич. поле волны можно записать в виде

, где Е_T и Е_l - комплексные амплитуды,

, E_l =

. Здесь

и а; - амплитуды соответствующих колебаний, а

- их фазовые сдвиги. Реально измеряются величины

- разность фаз колебаний по осям l и r. Вдоль большой и малой осей эллипса введём единичные векторы р и q и представим поле Е в виде:

где

- фазовый угол,

- длины большой и малой осей эллипса, величина а² характеризует интенсивность пучка. Отношение осей эллипса - степень эллиптичности пучка - задаётся

. Описать эллиптически поляризованную волну можно с помощью разл. групп четырёх параметров. Это либо

, либо а_r, a_l,, либо

каждая из этих групп легко выражается через другую.

Однако использование любой группы параметров для характеристики поляризации излучения неудобно, в частности трудности возникают при сложении пучков.

Состояние поляризации светового пучка удобно описывать с помощью параметров Стокса, к-рые определяются ф-лами

Параметры Стокса представляют собой столбец-вектор:

Параметры Стокса можно записать также в виде строки {S₁S₂S₃S₄}. С точностью до пост. множителя эти величины имеют размерность интенсивности света, т. е. подобны Пойнтинга вектору . Параметры Стокса содержат полную информацию об интенсивности, степени и форме поляризации пучка. Для плоской волны параметры Стокса легко представить через геом. характеристики:

В этом случае независимых параметров только три, т. к. .С помощью предыдущих ф-л т.к.

по параметрам Стокса плоской волны легко определить величины, задающие направление колебаний Е по осям l и r или р или q, т. е. восстановить поле.

Реальный световой пучок представляет собой суперпозицию огромного числа независимых мод поля излучения, быстро сменяющих друг друга со случайными фазами и направлениями колебаний. Параметры Стокса суммарного пучка равны суммам параметрам Стокса отд. пучков:

Это свойство параметров Стокса используется в оптике. Первый параметр Стокса - это интенсивность света. Часто применяются нормированные параметры Стокса,

, т. к. они безразмерные величины

. Если а_r = 0, то свет поляризован горизонтально и его нормированные параметры Стокса равны (1,1, 0,0). Если а_l = а_r и

=0, свет поляризован под углом 45° (1, 0, 1, 0) и т. д. Для неполяризов. света S₂ = S₃ = S₄ = 0. Все параметры реального пучка нетрудно определить с помощью анализатора и четвертьволновой пластинки. Существуют уже сосчитанные параметры Стокса для разных форм поляризации света [3]. При любом линейном оптич. процессе (рассеянии, отражении, преломлении на к--л. поверхности) параметры Стокса падающего пучка

линейно преобразуются в параметры Стокса вышедшего пучка S_i с помощью Мюллера матрицы

Литература по параметрам Стокса

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.