Поляризация волн

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Поляриза́ция волн — явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.[1]

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

  • несимметричная генерация волн в источнике возмущения;
  • анизотропность среды распространения волн;
  • преломление и отражение на границе двух сред.

Основными являются два вида поляризации:

  • линейная — колебания возмущения происходит в какой-то одной плоскости. В таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне»;
  • круговая — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.

На основе этих двух или только круговой можно сформировать и другие, более сложные виды поляризации. Например, эллиптическая.

Зависимость мгновенных потенциалов при круговой поляризации

Практическое значение[править]

Скорость распространения волны может зависеть от её поляризованности.

Две волны, линейно поляризованные под прямым углом друг к другу, не интерферируют.

Чаще всего это явление используется для создания различных оптических эффектов, а также в 3D-кинематографе (технология IMAX), где поляризация используется для разделения изображений, предназначенных правому и левому глазу.

Круговая поляризация применяется в антеннах космических линий связи, так как для приёма сигнала не важно положение плоскости поляризации передающей и приёмной антенн. То есть вращение космического аппарата не повлияет на возможность связи с ним. В наземных линиях используют антенны линейной поляризации — всегда можно выбрать заранее — горизонтально, или вертикально располагать плоскость поляризации антенн. Антенну круговой поляризации выполнить сложнее, чем антенну линейной поляризации. Вообще, круговая поляризация — вещь теоретическая. На практике говорят об антеннах эллиптической поляризации — с левым или правым направлением вращения.

Круговая поляризация света используется также в 3D-кинематографе, в технологии RealD 3D. Эта технология подобна IMAX с той разницей, что круговая поляризация вместо линейной позволяет сохранять стереоэффект и избегать двоения изображения при небольших боковых наклонах головы.

Поляризация частиц[править]

Аналогичный эффект наблюдается при квантовомеханическом рассмотрении пучка частиц, обладающих спином. Состояние отдельной частицы в этом случае, вообще говоря, не является чистым и должно описываться соответствующей матрицей плотности. Для частицы со спином ½ (скажем, электрона) это эрмитова матрица 2×2 \(\rho^a_b\) со следом 1: $$\rho_{ab} = \rho^\dagger_{ab} = \bar \rho_{ba}$$ $$\mathrm{tr}\, \rho^a_b = 1$$

В общем случае она имеет вид $$\rho^a_b = {1\over 2}(\delta^a_b + 2 \hat \mathbf{\sigma}^a_b \bar\mathbf{s})$$

Здесь \(\hat \mathbf{\sigma} = (\sigma_x,\sigma_y,\sigma_z)\) — вектор, составленный из матриц Паули, а \(\bar\mathbf{s}\) — вектор среднего спина частицы. Величина $$\rho = 2 |\bar\mathbf{s}| = 2 \sqrt{s_x^2 + s_y^2 + s_z^2}$$

называется степенью поляризации частицы. Это вещественное число \(0\) Значение \(\rho =1\) соответствует полностью поляризованному пучку частиц, при этом $$\rho^a_b = \psi^a \otimes \psi^\dagger_b$$

где \(\psi\) — вектор состояния частицы. Фактически, полностью поляризованные частицы можно полностью описать вектором состояния.

См. также[править]

Литература[править]

  • Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 87. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)

Ссылки[править]

  1. http://bse.sci-lib.com/article091310.html