均匀平面波的极化

kz)sinx
Ey cos(t
把上两式E分ym 别乘 sin
kz) cos y

和

sin

sin(t kz)sin y
并相减，得
x
Ex Exm
sin y

Ey Eym
sin x

c os(t
kz)sin(x
y)
同理可得
Ex Exm
cos y

这是一个椭圆方程，合成电场的矢
量端点在一椭圆上旋转，如图6-9所
y
示，称之为椭圆极化（elliptical polarization）。当 0 时，旋向 与波的传播方向 ez 成右手螺旋关系， 称为右旋椭圆极化波，反之，当
右旋
E
左旋
Ey
Ex
x
O
0时，称为左旋椭圆极化波。
图6-9 椭圆极化波电场的振动轨迹
E(z,t) 的方向与x轴的夹角 为
arctan E y (z, t)
Ex (z,t)
y 右旋
Ey
E Ex 左旋

arc
tan
c
ost

c ost
kzx kzx

2



x
O
t kz x
图6-7 圆极化波电场的振动轨迹
这表明，对于给定z值的某点，随时间的增加，E ( z, t ) 的方向以角频率作等速旋转，其矢量端点轨迹为
x
O
y
z
（a）右旋圆极化波
x
O y
z
（b）左旋圆极化波 图6-8 圆极化波的空间极化
3．椭圆极化
最一般的情况是电场两个分量的振幅和相位为任 意 变值 化。的从轨式迹方（程6-，44把）式中（消6去-44）t 展kz开，可以得到电场
Ex Exm
cos(t kz) cosx
sin(t
圆，故称为圆极化（circular polarization）。当 时， / 2 ，t kz 的x 旋E向(z与,t)波的传播方向 成右手螺e旋z 关系，称为右旋圆极化波（righthanded circularly polarized wave）；当
时， / 2 ，t kz 的x旋 向E(与z,t波) 的传播方向 成
Ey (z,t) Eym cos t kz y （6-44b）
这两个分量叠加(矢量和)的结果随 x 、y 、Exm、Eym
的不同而不同。
两个同频率同传播方向的互相正交的电场强 度（或磁场强度），在空间任一点合成矢量的大 小和方向随时间变化的方式，称为电磁波的极化 （polarization），在物理学中称之为偏振。极 化通常用合成矢量的端点随时间变化的轨迹来描 述，可分为直线极化、圆极化和椭圆极化三种。
一、均匀平面波的三种极化形式
1．直线极化
令 x y，当 0 或 时，E(z,t)方向与x轴
的夹角 为
tan Ey (z,t) Eym
Ex (z,t) Exm
（6-45）
时“间＋无”关对，应即于E的 振0动，方“向－不”变对，应轨于迹是一 条。直 与线，
均匀平面波的极化
假设均匀平面波沿z方向传播，其电场矢量位于xy
平面，一般情况下，电场有沿x方向及沿y方向的两个
分量，可表示为
E Exme jx e jkzex Eyme jy e jkze y
（6-43）
其瞬时值为
Ex (z,t) Exm cost kz x （6-44a）
立体电影是利用两个相互垂直的偏振镜头从不同的 角度拍摄的。因此，观众必须佩带一副左右相互垂直 的偏振镜片，才能看到立体效果。
2．圆极化
当 而且Exm E ym =E时，E(z,t) 的振幅为
2
E(z,t)
Ex2 (z,t)

E
2 y
(
z,
t
)

E
（6-46a）
上式表明 E(z,t) 的大小不随时间变化。
左手螺旋e关z 系，称为左旋圆极化波（left-handed
circularly polarized wave），如图6-7所示。
前面考虑的是z固定，场强的大小和方向随时
间的变化情况，称为时间极化。如果时间固定,场
强的大小和方向随位置的变化情况称为空间极化。
图6-8a表示固定某一时刻，右旋圆极化波的电场矢 量随距离z的变化情况，z愈大圆极化的起始角度愈 负，图6-8b是某一时刻左旋圆极化波的电场矢量随 z的变化情况。
Ey Eym
c os x

sin(t
kz)sin(x
y)
把以上两式两边平方后相加，得
sin
Ex Exm
2

2
Ex Exm

Ey E ym


c
os

x

y


Ey E ym

2
2
x y
（6-47）
故称之为直线极化或线极化（linear polarization），如图6-6所示。
y
y
E
Ey

O
Ex x
Ex x
O
Ey
E
（a） ＝0
（b） ＝
图6-6 线极化波电场的振动轨迹
众所周知，光波也是电磁波。但是光波不具有固 定的极化特性，或者说，其极化特性是随机的。光学 中将光波的极化称为偏振，因此，光波通常是无偏振 的。 为了获得偏振光必须采取特殊方法。