Виды поляризации электромагнитных волн. Отражение и преломление плоских электромагнитных волн презентация

преломление плоских электромагнитных волн.

название электромагнитных волн.
Основные характеристики: частота, длина волны и поляризация

волны В случае произвольной ориентации вектора Е в плоскости ХОУ его можно разложить на два составляющие Ех и Еу:

Выражения для мгновенных значений составляющих Ех и Еу векторов

описывает замкнутую кривую которая, в зависимости от соотношения амплитуд и начальных фаз его составляющих Ех Еу, может выстраиваться в прямую линию, а также быть окружностью или эллипсом.
Соответственно, плоская волна будет иметь виды поляризации
линейную
круговую
эллиптическую

в любой точке пространства вращается, описывая за время одного периода Т своим концом эллипс.

Эта кривая является геометрическим местом точек, координаты которых удовлетворяют системе уравнений

(если смотреть в направлении ее распространения) во времени в фиксированной точке пространства различают поляризацию правого (по часовой стрелке) и левого (против часовой стрелки) вращения

Любая волна, поляризованная по эллипсу, может быть представлена в виде суммы двух линейно поляризованных волн, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а фазы сдвинуты на угол, отличный от нуля или π.

равномерно вращается, описывая за время одного периода Т своим концом окружность.

во времени в фиксированной точке пространства различают поляризацию правого (по часовой стрелке) и левого (против часовой стрелки) вращения

можно представить в виде двух линейно поляризованных волн, амплитуды которых равны, плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, а фазы сдвинуты на угол

остается неизменным в пространстве с течением времени, при этом в фиксированной точке пространства конец вектора Е за период колебаний совершает возвратно-поступательное движение по прямой линии, перпендикулярной направлению распространения
Плоскость поляризации линейно поляризованной волны в каждой точке пространства не изменяет своего положения с течением времени.

границу раздела, которую можно считать бесконечно протяженной (практически с размерами, намного превышающими λ). Эти условия относятся к приближениям геометрической оптики и позволяют рассматривать электромагнитные волны в виде лучей.

Закон преломления Снеллиуса: отношение синусов углов падения и преломления равно отношению коэффициентов преломления второй n2 и первой n1 среды

Закон отражения в изотропной среде: угол падения равен углу отражения

(коэффициенты Френеля).

Значения этих коэффициентов зависят от поляризации (вертикальной или горизонтальной) падающей волны относительно плоскости падения.

а).
При горизонтальной поляризации вектор Е перпендикулярен плоскости падения (рис. б).

падающей волн на границе раздела:

где , - для вертикальной и горизонтальной поляризации соответственно.

Коэффициенты преломления (прохождения) определяются:

где , - для вертикальной и горизонтальной поляризации соответственно.

коэффициенты Френеля

называется углом Брюстера или углом полного преломления) отсутствует отраженная волна и падающая волна полностью приходит во вторую среду. Коэффициент отражения в этом случае равен нулю (Гв=0). Тангенс угла Брюстера равен:

Физически это явление объясняется тем, что поле падающей волны вызывает колебания электронов в атомах (молекулах) второй среды в направлении вектора прошедшей волны.
Линейно колеблющийся электрон колеблется поперек направления преломленного луча и вдоль направления отраженного луча. Поэтому переизлучение отраженного света полностью подавлено.

среды на границу раздела с оптически менее плотной средой наблюдается явление полного внутреннего отражения.

существует во второй среде в виде плоской однородной волны, бегущей вдоль границы раздела. Угол падения , соответствующий углу преломления ψ=90 , называется критическим углом

Если угол падения больше критического Ё (θпад>θкр), то волна во второй среде распространяется только вдоль границы, а ее поле во второй среде по мере удаления от границы экспоненциально уменьшается по направлению нормали к границе. Энергия, переносимая волной, концентрируется вблизи поверхности проводника. Волна как бы прилипает к поверхности проводника и поэтому называется поверхностной волной.

свойств среды (например,  физических:  упругости,  электропроводности, теплопроводности,   показателя преломления,  скорости звука  или  света  и др.) в различных направлениях внутри этой среды;

Анизотропные среды. Гиротропия.

В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее — лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей — кубической симметрией).

или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния (а также некоторые не связанные с ними прямо величины, например, поляризуемость или электропроводность) оказываются неодинаковыми по различным направлениям.
Причиной анизотропии молекулярного кристалла может быть также асимметрия его молекул. Макроскопически эта неодинаковость проявляется, как правило, лишь если кристаллическая структура не слишком симметрична.

Помимо кристаллов, естественная анизотропия — характерная особенность многих материалов биологического происхождения, например, деревянных брусков.
Анизотропия свойственна жидким кристаллам, движущимся жидкостям.
Во многих случаях анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т.д.).

направление) - совокупность оптических свойств среды, имеющей по крайней мере одно направление, не эквивалентное обратному, связанных с проявлением эффектов пространственной дисперсии первого порядка; важнейшие из них - эллиптическое двойное лучепреломление и эллиптический дихроизм (частный случай - вращение плоскости поляризации, откуда и название).

Другим типом нарушения симметрии среды, отличным от анизотропии, является гиротропия.
Среда гиротропна, если ее свойства меняются при зеркальных отражениях.

Гиротропия  связана с особенностями внутреннего строения отдельной молекулы (молекулярная гиротропия) или со спецификой межмолекулярных взаимодействий (кристаллическая гиротропия). Гиротропия  может быть как естественной, так и наведённой электрическими или магнитными полями либо вызванной механическими деформациями.

в повороте плоскости поляризации поперечной волны в результате взаимодействия с анизотропной средой.
Наибольшей известностью пользуются эффекты, связанные с вращение плоскости поляризации  света, хотя аналогичные явления наблюдаются и в других областях спектра электромагнитных волн (в частности, в СВЧ-диапазоне), а также в акустике, физике элементарных частиц и т. д.

заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света.

Грубо говоря, различие скоростей различно поляризованных волн обусловлено различием длин волн поглощаемого и переизлучаемого фотонов.

16

в которых колебания происходят вдоль направления распространения волн. - в которых колебания происходят вдоль направления распространения волн.

Эффект Каттона-Мутона
один из эффектов магнитооптики, заключающийся в возникновении линейного двойного лучепреломления в среде, помещённой во внеш. магн. поле, при распространении света перпендикулярно полю.

свойства по различным направлениям.
Типичными представителями анизотропных сред, наиболее часто встречающихся в практике, являются намагниченные постоянным полем феррит и ионизированный газ (плазма). Феррит обладает магнитной анизотропией, а плазма – диэлектрической анизотропией

Плазмой называют электрически нейтральный газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована. Под влиянием постоянного магнитного поля плазма может проявлять анизотропные свойства.

Феррит представляет собой ферромагнитное вещество, изготавливаемое на базе магнетита (FeO∙Fe2O3). Химическая формула ферритов имеет вид MeO∙Fe2O3, где Mе – ион двухвалентного металла (например, никеля, марганца, магния и т.д.).

линейно поляризованных электромагнитных волн. Эта способность обусловлена либо особенностями структуры вещества ( Оптическая активность), либо внешним магнитным полем ( Фарадея эффект). Гиротропная среда используются в оптике (оптические модуляторы, затворы и др.), а также в технике СВЧ.