Kontent qismiga oʻtish

Foydalanuvchi:KR.Physics/Yorugʻlikning qutblanishi

Vikipediya, erkin ensiklopediya


To'lqin qutblanishi ko'ndalang to'lqinlarning xarakteristikasi bo'lib, u to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tekislikdagi tebranuvchi miqdor vektorining harakatini tavsiflaydi. ( Ko'ndalang to'lqinlarning xarakteristikasi, (tekis bo'shliqda) to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan tebranish kattaligi vektori uchun ishni aniqlash).

Uzunlamasına to'lqinda qutblanish sodir bo'lmaydi, chunki bu turdagi to'lqinlardagi tebranishlar yo'nalishi har doim tarqalish yo'nalishiga to'g'ri keladi .

Monoxromatik to'lqinlarning qutblanishi

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Polarizatsiya filtrini shunchaki burish orqali siz qutblangan yorug'likning o'tishini cheklashingiz mumkin.

Ko'ndalang to'lqin ikki yo'nalish bilan tavsiflanadi: to'lqin vektori va amplituda vektori, har doim bo'shliq harakatigacha to'lqin vektoriga perpendikulyar. To'lqin vektori to'lqinning tarqalish yo'nalishini, amplituda vektori esa tebranishlar qaysi yo'nalishda sodir bo'lishini ko'rsatadi. Uch o'lchovli fazoda yana bir erkinlik darajasi mavjud - amplituda vektorining to'lqin vektori atrofida aylanish imkoniyati. Biregular egri chizig'ining har bir nuqtasi bilan bog'langan vektorlarning uchligi Frenet ramkasini hosil qiladi.

To'lqin polarizatsiyasining paydo bo'lishining sababi quyidagilar bo'lishi mumkin:

  • buzilish manbasida assimetrik to'lqin hosil bo'lishi;
  • to'lqin tarqalish muhitining anizotropiyasi ;
  • ikki muhit chegarasida sinish va aks etish.

Polarizatsiya Lissajous raqamlari bilan tavsiflanadi va teng chastotali (turli fazali siljishlar bilan) ko'ndalang tebranishlarni qo'shishga mos keladi. Agar tebranish chastotasi teng bo'lsa, Lissaju figurasi ellips bo'lib, uning ikkita ekstremal shakli aylana va to'g'ri chiziq segmentidir.

Umumiy holatda, garmonik to'lqinlar uchun tebranish miqdori vektorining oxiri to'lqin tarqalish yo'nalishiga ko'ndalang tekislikda tasvirlangan ellips : bu elliptik qutblanish[en] . Muhim maxsus holatlar chiziqli qutblanish bo'lib, unda buzilish tebranishlari bir tekislikda sodir bo'ladi, bu holda ular " tekislik-qutblangan to'lqin" va dumaloq qutblanish yoki dumaloq polarizatsiya haqida gapiradi, bunda amplituda vektorining oxiri tasvirlanadi. tebranishlar tekisligidagi doira ; dumaloq polarizatsiya (shuningdek, elliptik), vektorning aylanish yo'nalishiga qarab, ijobiy yoki o'ng va salbiy yoki chap bo'lishi mumkin.

qutblanuvchi ellips

Qutblangan elektromagnit to'lqin

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Elektromagnit to'lqinlar uchun qutblanish elektr maydon kuchi E yoki magnit maydon kuchi H vektorlarining yo'naltirilgan tebranish hodisasidir.

Hodisalar nazariyasi

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Elektromagnit to'lqin (nazariy va amaliy jihatdan) ikkita qutblangan komponentga, masalan, vertikal va gorizontal qutblangan bo'lishi mumkin. Boshqa kengayishlar, masalan, o'zaro perpendikulyar yo'nalishlarning boshqa juftligida yoki chap va o'ng dumaloq polarizatsiyaga ega bo'lgan ikkita komponentda mumkin. Chiziqli polarizatsiyalangan to'lqinni dumaloq polarizatsiyaga (yoki aksincha) kengaytirishga harakat qilganda, ikkita yarim intensivlik komponenti paydo bo'ladi.

Kvant va klassik nuqtai nazardan, qutblanishni ikki o'lchovli kompleks vektor ( Jons vektori ) bilan tasvirlash mumkin. Поляризация фотона[en] q-bitli ilovalardan biridir.

Quyosh nuri, ya'ni termal nurlanish qutblanishga ega emas, lekin osmonning tarqoq nuri qisman chiziqli qutblanishga ega bo'ladi. Yorug'likning polarizatsiyasi ham ko'zguda o'zgaradi. Bu faktlar fotografiyada (masalan, astronomik jismlarni aks ettiruvchi kuzatuvlarda, badiiy fotografiyada, aerofotosuratda yoki nuqsonlarni aniqlashda) qutblovchi filtrlardan foydalanish uchun asos bo‘lib xizmat qiladi. d.

Antenna nurlanishi odatda chiziqli polarizatsiyaga ega.

Sirtdan aks etganda yorug'likning qutblanishini o'zgartirib, sirt tuzilishini, optik konstantalarni va namuna qalinligini baholash mumkin.

Dumaloq polarizatsiya bilan to'lqin.

Agar tarqalgan yorug'lik qutblangan bo'lsa, u holda boshqa polarizatsiyaga ega polarizatsiya filtri yordamida yorug'lik o'tishini cheklash mumkin. Polarizatorlardan o'tadigan yorug'lik intensivligi Malus qonuniga bo'ysunadi. LCD displeylar ushbu printsip asosida ishlaydi.

Ba'zi tirik mavjudotlar, masalan, asalarilar yorug'likning chiziqli qutblanishini ajrata oladi, bu ularga kosmosda yo'naltirish uchun qo'shimcha imkoniyatlar beradi. Ayrim hayvonlar, masalan, mantis qisqichbaqasi [1] aylana qutblangan yorug'likni, ya'ni aylana qutblanishli yorug'likni ajrata olishi aniqlandi.

Elektromagnit to'lqinlarning qutblanishini kashf qilish tarixi

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Qutblangan yorug'lik to'lqinlarining kashf etilishidan oldin ko'plab olimlar ishlagan. 1669 yilda Daniyalik olim Rasmus Bartolin ohakli shpat (CaCO 3 ) kristallari bilan o'tkazgan tajribalari haqida xabar berdi, ko'pincha oddiy rombedr shaklida bo'lib, ularni Islandiyadan qaytib kelgan dengizchilar olib kelishgan. U kristalldan o'tadigan yorug'lik nurining ikki nurga (hozir oddiy va g'ayrioddiy deb ataladi) ajralishini ko'rib hayron bo'ldi. Bartolin o'zi kashf etgan qo'sh sinishi hodisasini chuqur o'rgandi, ammo u izoh bera olmadi.

E. tajribalaridan yigirma yil o'tgach. Bartolin, uning kashfiyoti golland olimi Kristian Gyuygensning e'tiborini tortdi. Uning o'zi Islandiya shpak kristallarining xususiyatlarini o'rganishni boshladi va yorug'likning to'lqin nazariyasi asosida qo'sh sinishi hodisasiga izoh berdi. Shu bilan birga, u kristalning optik o'qi to'g'risidagi muhim tushunchani kiritdi, uning atrofida aylanish jarayonida kristalning xususiyatlarining anizotropiyasi, ya'ni ularning yo'nalishga bog'liqligi (albatta, hamma kristallar ham shunday emas. eksa).

O'z tajribalarida Gyuygens Bartolindan uzoqroqqa bordi va Islandiya shpa kristalidan chiqqan ikkala nurni ikkinchi o'xshash kristall orqali o'tkazdi. Ma'lum bo'lishicha, agar ikkala kristalning optik o'qlari parallel bo'lsa, bu nurlarning keyingi parchalanishi endi sodir bo'lmaydi. Agar ikkinchi romboedr oddiy nurning tarqalish yo'nalishi bo'yicha 180 gradusga aylantirilsa, ikkinchi kristaldan o'tayotganda favqulodda nur birinchi kristaldagi siljishga teskari yo'nalishda siljishni boshdan kechiradi va ikkala nur ham keladi. bir nurga ulangan bunday tizimdan. Bundan tashqari, kristallarning optik o'qlari orasidagi burchakka qarab, oddiy va favqulodda nurlarning intensivligi o'zgarishi aniqlandi.

Polarizatsiyani Puankare sferasida Stokes parametrlari bo'yicha tasvirlash

Ushbu tadqiqotlar Gyuygensni yorug'likning qutblanish hodisasini kashf etishga yaqin qildi, ammo u hal qiluvchi qadam tashlay olmadi, chunki uning nazariyasida yorug'lik to'lqinlari bo'ylama deb faraz qilingan. H.ning tajribalarini tushuntirish uchun. Gyuygens I. Nurning korpuskulyar nazariyasiga amal qilgan Nyuton yorug'lik nurlarining eksenel simmetriyasining yo'qligi haqidagi g'oyani ilgari surdi va shu bilan yorug'likning qutblanishini tushunish yo'lida muhim qadam qo'ydi.

1808 yilda Frantsuz fizigi Etyen Lui Malyu botayotgan quyosh nurlarida porlab turgan Parijdagi Lyuksemburg saroyi derazalariga island shpati bo'lagidan qarab turib, kristalning ma'lum bir pozitsiyasida faqat bitta tasvir ko'rinayotganini hayratda qoldirdi. . Shu va boshqa tajribalarga asoslanib, Nyutonning yorug‘likning korpuskulyar nazariyasiga asoslanib, u quyosh nuridagi korpuskulalar tasodifiy yo‘naltirilgan bo‘ladi, lekin sirtdan aks etgandan so‘ng yoki anizotrop kristaldan o‘tgandan so‘ng ular ma’lum bir orientatsiyaga ega bo‘ladi, degan fikrni ilgari surdi. Bunday "tartibli" yorug'likni u polarizatsiya deb atadi.

1810-yilda Malyus chiziqli qutblangan yorug'lik qutblanishdan o'tgandan so'ng uning intensivligining tushayotgan yorug'likning плоскостями поляризации[en] orasidagi burchakka bog'liqligini ifodalovchi qonunni kashf etdi. Xuddi shu yili u yorug'lik qutblanishining miqdoriy korpuskulyar nazariyasini yaratdi, u o'sha davrga ma'lum bo'lgan barcha qutblanish hodisalarini tushuntirdi: kristallardagi yorug'likning ikki sinishi, Malus qonuni, aks ettirish va sinishi paytida qutblanish. Bir necha yil o'tgach , Biot qutblanish tekisligining aylanishini kashf etdi, buni o'zi Malus nazariyasi asosida tushuntirdi.

Polarizatsiya hodisasi yorug'likning korpuskulyar nazariyasining isboti va to'lqinlar nazariyasining rad etilishi hisoblangan. Ammo 1815 yilda Amper Fresnelga qutblanishni efir ko'ndalang tebranishini taxmin qilish bilan izohlash mumkinligini aytdi. 1817 yilda Jung xuddi shu gipotezani ilgari surdi. 1821 yilda Fresnel yorug'lik qutblanishining to'lqin nazariyasini yaratdi.

Shuningdek qarang

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Tekislik monoxromatik to'lqin holatida vektorning komponentlari elektr maydon kuchi (shuningdek vektor komponentlari magnit maydon kuchi ) garmonik qonunga muvofiq birga o'zgaradi:

Bu erda bosqich oldinga siljish .

qutblanuvchi ellips

Birinchi ikkita tenglamani o'zgartirish va qo'shish orqali vektorning harakat tenglamasini olishimiz mumkin  :

, bu erda fazalar farqi .

Ushbu kvadrat shakl ellipsni tasvirlaydi. Ya'ni, tekis monoxromatik to'lqinning intensivlik vektorining oxiri ellipsni tasvirlaydi. Uni kanonik shaklga keltirish uchun siz ellipsni burchak bilan aylantirishingiz kerak  :

Har qanday ellips parametrik shaklda belgilanishi mumkin:

Bu yerga Va vektor komponentlarining amplituda qiymatlari ellipsning katta va kichik yarim o'qlariga mos keladi. Oxirgi ikkita tenglamalar tizimidan quyidagi xulosaga kelish mumkin:

,

Qayerda Poynting vektoridir . Shunday qilib, tekis monoxromatik to'lqinda Poynting vektorining qiymati ikkita ixtiyoriy ortogonal yo'nalishdagi oqimlarning yig'indisiga teng. Belgilanish bilan tanishtirish Va , bir xil ikkita tenglamalar tizimidan quyidagi munosabatlarni olishimiz mumkin:

Oxirgi uchta tenglamadan foydalanib, siz elliptik polarizatsiyalangan to'lqinning barcha parametrlarini hisoblashingiz mumkin. Ya'ni, qadriyatlarni bilish Va ixtiyoriy koordinatalar tizimida siz Poynting vektorining qiymatini hisoblashingiz mumkin. Fazalar farqi bilan ellipsning katta o'qining burilish burchagini aniqlashingiz mumkin koordinatalar tizimimizga nisbatan, shuningdek, ellipsning katta va kichik yarim o'qlarining kattaligi Va .

.

Ixtiyoriy elliptik qutblanishni o'ng va chap dumaloq qutblanishlar yig'indisiga ajratish mumkinligini ko'rish oson.

Vektor aylanish yo'nalishi fazalar farqi bilan aniqlanadi . Agar , keyin qutblanish to'g'ri deb ataladi va agar, aksincha, , qutblanish chap deb ataladi. Optikada (tasvir tekisligi muhim bo'lgan joyda), agar kuzatuvchi yorug'lik nuriga qarasa, u holda o'ng polarizatsiya vektor uchining harakatiga soat yo'nalishi bo'yicha, chap qutblanish esa soat sohasi farqli ravishda mos keladi. Radiofizikada buning aksi qabul qilinadi: agar siz nurlanishga qarasangiz, u holda aylanish soat sohasi farqli o'laroq - o'ng polarizatsiya, soat yo'nalishi bo'yicha - chap. Agar fazalar farqi bo'lsa , Qayerda butun son bo'lsa, u holda ellips segmentga aylanadi. Bunday qutblanish chiziqli deb ataladi. Yana bir muhim holat qachon sodir bo'ladi Va . Bunday holda, ellips aylanaga aylanadi, uning parametrik tenglamasi quyidagi shaklga ega:

ellipsning yarim o'qlari , va burchak aks o'rtasida va ellipsning katta o'qi (ellipsning azimut burchagi yoki azimut, aks holda ellipsning egilish burchagi deb ataladi). Stokes o'z nomini olgan to'rtta parametrdan foydalangan holda polarizatsiyaning muqobil tavsifini taklif qildi.

Stokes parametrlari

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Polarizatsiyani Puankare sferasida Stokes parametrlari bo'yicha tasvirlash

Tekis monoxromatik to'lqinning qutblanishini tavsiflash uchun uchta parametr etarli, masalan:

X va Y o'qlari bo'ylab tebranish amplitudalari (qutblanish ellipsi yozilgan to'rtburchak tomonlarining yarim uzunliklari) , va fazalar farqi (X va Y ning tebranishlari o'rtasida), yoki

Ulardan faqat uchtasi mustaqil, chunki identifikatsiya haqiqatdir:

,
,
,
.

Va bu tasvirda, tekis monoxromatik to'lqinning qutblanishini tasvirlash uchun uchta parametrni bilish kifoya qiladi, faqat hisoblangan qiymatning belgisi ma'lum bo'lmaydi. , yoki .

.


Eslatma: bilan qisman polarizatsiya holati bu erda hisobga olinmaydi.

Agar siz yordamchi burchaklardan foydalansangiz

polarizatsiya ellipsining elliptiklik burchagi , ifodasi bilan aniqlanadi (radiofizikada belgi chapga mos keladi va - o'ng polarizatsiya , optikada - aksincha), va

polarizatsiya ellipsi azimuti , keyin Stokes parametrlari uchun quyidagi ifodalarni olish mumkin:

,
,
.

Ushbu formulalar asosida yorug'lik to'lqinining qutblanishini aniq geometrik tarzda tavsiflash mumkin. Bunday holda, Stokes parametrlari , , radiusli shar yuzasida yotgan nuqtaning dekart koordinatalari sifatida talqin qilinadi. . burchaklar Va bu nuqtaning sferik burchak koordinatalari ma'nosiga ega. Bunday geometrik tasvirni Puankare taklif qilgan  , shuning uchun bu soha Puankare sferasi deb ataladi. Matematikada bu model Rieman sferasiga, fizikaning boshqa sohalarida - Bloch sferasiga mos keladi.

Bilan birga , , normallashtirilgan Stokes parametrlaridan ham foydalaning , , . Polarizatsiyalangan yorug'lik uchun .

s- va p -to'lqinli qutblanishlar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Optika va elektrodinamikada s -polyarizatsiyalangan to'lqin (nemischa senkrecht - perpendikulyar solishtiring) tushish tekisligiga perpendikulyar E elektr maydon vektoriga ega. s -polyarizatsiyalangan to'lqin s -polyarizatsiyalangan, sagittal qutblangan, E tipidagi to'lqin [2], TE to'lqin ( Transvers Electric ) [3] deb ham ataladi. p -polarizatsiyalangan to'lqin (lot. parallel - parallel solishtiring) tushish tekisligiga parallel ravishda E elektr maydon vektoriga ega. p -polyarizatsiyalangan to'lqin, shuningdek, p -polyarizatsiyalangan, tushish tekisligida qutblangan, H tipidagi to'lqin [2], TM to'lqin ( Transvers Magnetic ) [3] .

To'lqinning tarqalish tezligi uning qutblanishiga bog'liq bo'lishi mumkin.

TM-to'lqin va TE-to'lqin atamalari bir qator mualliflarning [4] asarlarida almashtirilgan. Gap shundaki, klassik tekis chegara ikki yo'nalishda strukturaning bir hilligini nazarda tutadi. Bunda tarangliklarning tushish tekisligi va unga nisbatan perpendikulyarligi aniqlanadi. Elektromagnit maydonning ikkita bog'lanmagan eritmaga bo'linishi bir yo'nalishda bir hil bo'lgan strukturaning umumiy holatida mumkin. Bunday holda, kuchlanishlarning bir xillik yo'nalishiga nisbatan perpendikulyarligini aniqlash qulay [5] . Oxirgi ta'rifning maxsus klassik holatga kengayishi bir hillik yo'nalishiga perpendikulyar kuchlanish tushish tekisligida bo'lishiga olib keladi. Ta'kidlanishicha, metall yuza holatida faqat metall chegarasiga perpendikulyar bo'lgan elektr intensivligidagi to'lqinlar ahamiyatlidir [5] . Bunday to'lqinlarni TE to'lqinlari deb atash ham qulayroqdir. TM va TE atamalari lazer bo'shlig'ida yoki to'lqin o'tkazgichda ko'ndalang rejimlarni belgilash bilan ham bog'liq.

Seysmologiyada p -to'lqin (daninglizcha: primary - birlamchi) - zilzila epitsentridan birinchi bo'lib keladigan uzunlamasına to'lqin. s -to'lqin (daninglizcha: secondary - ikkilamchi) - ko'ndalang to'lqin (kesish to'lqini), bo'ylamaga qaraganda kamroq tarqalish tezligiga ega va shuning uchun epitsentrdan keyinroq keladi.

Amaliy qiymat

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Chapdagi rasm filtrsiz olingan, o'ngdagi rasm polarizatsiya filtri orqali olingan.

Ko'pincha, bu hodisa turli xil optik effektlarni yaratish uchun ishlatiladi, shuningdek , 3D kinoteatrda ( IMAX texnologiyasi), bu erda polarizatsiya o'ng va chap ko'zlar uchun mo'ljallangan tasvirlarni ajratish uchun ishlatiladi.

Bir-biriga to'g'ri burchak ostida lineer polarize qilingan ikkita to'lqin aralashmaydi .

Umuman olganda, u shaklga ega

Kosmik aloqa liniyalari antennalarida dairesel polarizatsiya qo'llaniladi, chunki uzatish va qabul qilish antennalarining polarizatsiya tekisligining holati signalni qabul qilish uchun muhim emas. Ya'ni, kosmik kemaning aylanishi u bilan aloqa qilish imkoniyatiga ta'sir qilmaydi. Kosmik qabul qiluvchi antennaning dumaloq polarizatsiyasining aylanish yo'nalishi kosmik antenna bilan ishlaydigan erga asoslangan qabul qiluvchi antennaning aylanish yo'nalishiga to'g'ri kelishi kerak. Xuddi shu narsa chiziqli polarizatsiyalangan antennalar uchun ham amal qiladi. Kosmik aloqada polarizatsiyani ajratish qo'llaniladi, ya'ni polarizatsiya aylanishning qarama-qarshi yo'nalishlari yoki chiziqli polarizatsiyali ortogonal antennalar bir xil chastotada ishlaydi.

Dumaloq polarizatsiya antennasini yasash chiziqli polarizatsiya antennasiga qaraganda qiyinroq; buning uchun polarizator kerak. To'g'ri aylanish yo'nalishining polarizatsiyasi bilan antennani aylanishning chap yo'nalishiga aylantirish oson. Buning uchun uning polarizatorini aylanish o'qiga nisbatan 90 gradusga aylantirish kerak. Umuman olganda, dumaloq polarizatsiya nazariy narsadir. Amalda ular elliptik polarizatsiya antennalari haqida gapirishadi - chap yoki o'ng aylanish yo'nalishi bilan.

Yorug'likning doiraviy polarizatsiyasi RealD va MasterImage stereo kinematografiya texnologiyalarida ham qo'llaniladi. Ushbu texnologiyalar IMAX ga o'xshaydi, farqi shundaki, chiziqli o'rniga dumaloq polarizatsiya stereo effektni saqlab qolishga va bosh bir oz yon tomonga burilganda ko'rinishdan qochishga imkon beradi.

To'lqin polarizatsiyasi polarizatsiya golografiyasida qo'llanilishini topadi [6] .

Zarrachalarning qutblanishi

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Xuddi shunday ta'sir spinli zarrachalar nurini kvant mexanik ko'rib chiqishda ham kuzatiladi. Bu holda alohida zarrachaning holati, umuman olganda, sof emas va tegishli zichlik matritsasi bilan tavsiflanishi kerak. Spin ½ bo'lgan zarracha uchun (aytaylik, elektron ), bu 2 × 2 Germit matritsasi. 1 iz bilan:

Bu yerga Pauli matritsalaridan tashkil topgan vektor va o'rtacha zarracha spinining vektori. Qiymat

Bu yerga Pauli matritsalaridan tashkil topgan vektor va o'rtacha zarracha spinining vektori. Qiymat

zarrachaning qutblanish darajasi deyiladi. Bu haqiqiy raqam Ma'nosi to'liq qutblangan zarracha nuriga to'g'ri keladi, esa

Qayerda zarrachaning holat vektoridir. Aslida, to'liq qutblangan zarrachalarni holat vektori bilan to'liq tasvirlash mumkin.

  1. „MEMBRANA | Мировые новости | Учёные открыли новую форму зрительного восприятия“. 2010-yil 31-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 18-mart.
  2. 2,0 2,1 Борн 1973, s. 77
  3. 3,0 3,1 Фейнман 1965, s. 235, 24.7
  4. Jean-Michel Lourtioz, Henri Benisty, Vincent Berger, Jean-Michel Gerard, Daniel Maystre, Alexei Tchelnokov Photonic crystals: towards nanoscale photonic devices. Springer. Berlin. 2008. Section 2.1.1, p.67 (ISBN 978-3-540-78346-6)
  5. 5,0 5,1 Manba xatosi: Invalid <ref> tag; no text was provided for refs named Taflova
  6. Какичашвили 1989.
  • Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. — М.: «Наука», 1973. — 720 с.
  • Жаров А. А., Смирнов А. И. Поляризация волн // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — С. 65. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
  • Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Электродинамика // Фейнмановские лекции по физике. — М.: «Мир», 1965. — Т. 6.
  • Какичашвили Ш. Д. Поляризационная голография / отв. ред. Ю. Н. Денисюк. — Л.: «Наука», 1989. — 141 с.