关于波的极化的学习理解

关于波的极化的学习理解

波的极化表征的是在空间定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，用电场强度矢量的端点在空间描绘出得轨迹来表示。我认为，对均匀平面波的极化的理解跟对光的偏振的理解是一样的。所以，我通过理解光的偏振从而达到对均匀平面波的理解。

光波是一种时谐平面电磁波，通常把光波中的电场矢量称为光矢量，把电场的振动称为光振动。在讨论光的波动特性时，通常只考虑只常矢量即可。

光是横波（TEM波），光矢量的振动方向与光波的传播方向垂直，在垂直于传播方向的平面内，电场强度矢量可能存在各种不同的振动方向，这就是光的偏振。

根据光矢量振动方向相对于光传播方向是否具有对称性，可将光波分成非偏振光和偏振光。

先说非偏振光，因为光是横波，既然是横波就应该有偏振性（Q：是不是横波都具有偏振性？），但又何来非偏振光？我认为应该这样理解：非偏振光是指自然光，普通光源包含大量的原子和分子，它们各自无规则地发射振动方向、初相位各不相同的光波。那么它在垂直于光传播方向的平面上具有一切可能的振动方向，各个振动方向上振幅在观察时间内的平均值相等，与初相位完全无关，这就是所谓的非偏振光。所以说，非偏振光是大量源点振动平均的结果，不是一个源点的振动所得到的。

再说完全偏振光，完全偏振光包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光（可以相应地理解线极化、圆极化和椭圆极化）。

1.线极化是指，在光的传播方向上，各点的光矢量在确定的平面内，光矢量的端点的轨迹为一条直线。如下图所示的横波：

上图所示的是，沿z方向传播的，电矢量沿x方向的时谐平面波。

再如下图：

这张图所示的，是沿z方向传播的，但电矢量不是沿x方向的时谐平面波。但它是一线偏振。因为，光矢量的端点轨迹是一直线。

如图所示的就是，光矢量的端点轨迹，它是一条直线。

振动面取一定方位的线偏振光，可看做是振动方向垂直、相位相同或相反的两个线偏振光的合成。

（偏振面：振动方向（光矢量方向）与传播方向构成的面）

2.圆偏振光

如果偏振面相对于传播方向随时间以圆频率旋转，其光矢量末端的轨迹位于一个圆形螺线上，并且在垂直于传播方向上的投影构成一个圆。如下图所示：

圆偏振光可以看作是在x和y方向振动的具有振幅相等、振动相差为

或的两线偏振光的合成。

3.椭圆偏振光

偏振面相对于传播方向随时间以圆频率旋转，其光矢量末端轨迹位于一个椭圆形螺线上，并且在垂直于传播方向的平面上的投影构成一个椭圆。

椭圆偏振光可以看成在x、y方向振动的具有一定相差且振幅不等的两线偏振光的合成。

末端的轨迹方程：

其实，线偏振光和圆偏振光可以看成椭圆偏振光的特例：

若两个正交振动的振幅相等、相位差为的奇数倍，则椭圆偏振光变成圆偏振光。

若两个正交振动的相位差为的整数倍，则椭圆偏振光变成线偏振光。