Поляризация электромагнитных волн

Если электромагнитная волна падает на какую-либо граничную плоскость (например, поверхность Земли), то возникает понятие плоскости падения.

Плоскость падения - плоскость, в которой лежат вектор Поинтинга и вектор - нормаль к граничной поверхности.

Волна называется вертикально поляризованной, если вектор лежит в плоскости падения (которая, в свою очередь, перпендикулярна граничной плоскости) - рис.1 а, б.

Рис.1 а, б Горизонтальная (а) и вертикальная (б) поляризация вектора

В частности, если волна распределяется вдоль горизонтальной оси Z, т.е., если, то составляющие векторов поля можно определить следующими выражениями:

(1)

(2)

где

- комплексные амплитуды,

- единичные вектора вдоль осей и . (Рис 1.6)

Здесь индексы В и Г обозначают вертикальную и горизонтальную поляризации.

Волна называется горизонтально поляризованной, если вектор расположен параллельно граничной поверхности (перпендикулярен плоскости падения). В частности для этого случая горизонтально поляризованная волна будет определяться следующими выражениями:

(3)

(4)

где

- комплексные амплитуды.

Ориентация векторов для рассмотренных двух случаев показана на рис.1(а) соответственно.

Всякая волна, вектор которой ориентирован произвольно относительно осей X и Y, может быть представлена как сумма двух волн с векторами и (рис 2).

Рис. 2. Представление волны с наклонной поляризацией как сумма двух волн: с горизонтальной и вертикальной поляризациями.

Из рис.2 следует, что векторы полей этой волны определяются векторными суммами:

Здесь значения напряженности полей для горизонтально и вертикально поляризованных волн будут соответственно следующими:

(5)

(6)

Волна называется линейной и плоско поляризованной, если векторы поля и при распространении волны не меняют своей ориентации в пространстве.

Линейно поляризованная волна может быть представлена как сумма двух горизонтально и вертикально поляризованных синфазных волн. В общем случае, когда между этими составляющими волнами существует сдвиг по фазе a радиан, то, вектор напряженности электрического поля суммарной волны можно записать в виде:

(7)

причем вторая волна отстает по фазе от первой. Если обе волны синфазны, т.е. a = 0, то суммарное поле будет:

(8)

Плоскость поляризации этой волны составляет с горизонтальной плоскостью угол q (рис.8), причём:

(9)