Электромагнитные волны: определение, формула, обозначение

Так, полностью характеризующий этот процесс, вектор напряженности электрического поля в общем случае описывается тремя своими проекциями, каждая из которых есть функция от четырех переменных: трех пространственных и времени. При этом действует следующее ограничение: проекция вектора на направление распространения волны всегда равна нулю, так что этот вектор целиком расположен в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, именуемой «картинной плоскостью». В простейшем случае направление вектора электромагнитной волны остается параллельным некоторой прямой для любого момента времени и в любых точках пространства вдоль любого выбранного направления распространения волны.

Такая волна называется линейно поляризованной. Ясно, что указанная прямая (направление поляризации) должна принадлежать картинной плоскост

и. В данной плоскости всегда можно выбрать два ортогональных (взаимно перпендикулярных) направления поляризации, что соответствует двум ортогональным линейным поляризациям. При этом любая линейно поляризованная волна, распространяющаяся в данном направлении, может быть представлена как суперпозиция двух заранее зафиксированных ортогонально поляризованных волн.

Закон изменения вектора в направлении распространения линейно поляризованной волны в фиксированный момент времени представлен на рис. 1.1, причем здесь принято, что направление поляризации лежит в плоскости рисунка. Расстояние между узлами графика, обозначенными засечками на оси абсцисс, есть длина волны Для того чтобы найти закон изменения > во времени, например в точке А, положение которой обозначено на рисунке кружком, необходимо представить себе, что весь график начинает двигаться по стрелке со скоростью света с, а точка А остается неподвижной.

При этом, отсчитанная по графику напряженность поля в т. А, будет изменяться по синусоиде, которая и  представляет временную зависимость поля в данной точке.

Число периодов этой синусоиды  в единицу времени (круговая частота волны) определяется соотношением . Отметим,  кстати, что и точка наблюдения А может, вообще говоря, перемещаться. При этом, если проекция ее скорости на направление распространения волны (радиальная скорость) составляет v, частота наблюдаемой в т. А синусоиды составит уже . Сдвиг частоты колебания для движущегося наблюдателя именуется, как известно, эффектом Доплера. Приведенные соотношения показывают, что относительный сдвиг частоты за счет этого явления составляет Часто в технике используют электромагнитные волны более сложной структуры, чем  линейно поляризованные; речь идет о волнах с эллиптической поляризацией.

Последнее означает, что если в данный момент времени в данной точке пространства напряженность поля одной из волн проходит через ноль, то для второй в тот же момент в той же точке она проходит через минимум или максимум (в зависимости от направления сдвига). На рис. 1.2 представлена картина обеих указанных волн в фиксированный момент времени, причем ось х на этом рисунке совпадает с направлением их распространения, у — с направлением поляризации первой волны, a z — второй. На рис. 1.3 представлен суммарный вектор напряженности поля первой и второй волн  в картинной плоскости в точках оси х с координатой в один и тот же момент времени.

Ясно, что при непрерывном перемещении вдоль оси х (момент времени зафиксирован),  вектор напряженности суммарного поля вращается, так что его конец описывает представленный на рис. 1.3 эллипс с отношением полуосей

Соответственно, суммарная  волна называется эллиптически поляризованной, а величина именуется ее коэффициентом эллиптичности (при определении последней величины в качестве всегда выбирается  меньшая из напряженностей, так что <045.JPG>. Такая волна характеризуется также направлением вращения вектора напряженности поля. Принято говорить об эллиптической поляризации правого вращения, если при взгляде  на картинную плоскость в направлении распространения волны этот вектор вращается по  часовой стрелке; в противном случае вращение считается левым.

Частным случаем эллиптической является круговая поляризация, соответствующая значению коэффициента эллиптичности единица. Круговая  поляризация также бывает правого и левого вращений.