电磁波的极化
电磁波的极化与光的偏振现象
电磁波的极化与光的偏振现象在物理学中，电磁波是一种由电场和磁场组成的波动现象。
电磁波具有一个重要的特性，即极化。
本文将探讨电磁波的极化现象，并进一步了解与之密切相关的光的偏振现象。
首先，我们来了解电磁波的极化。
电磁波可以沿着不同方向传播，这意味着其电场和磁场在空间中的振动可以有不同的方向。
波的振动方向决定了电磁波的极化状态。
根据电场的振动方向，我们可以将电磁波分为两种极化状态：线性极化和圆/椭圆极化。
线性极化是最常见的极化状态。
无论是天线发出的无线电波，还是太阳光的可见光，都是以线性极化的方式传播。
线性极化的电磁波的电场振动方向始终保持在同一平面内，垂直于波的传播方向。
这意味着电场矢量的每个方向都相同，形成一个平面波。
圆/椭圆极化是另一种常见的极化状态。
在这种情况下，电场矢量的振动方向在空间中绕着传播方向旋转。
圆极化是指电场矢量的振动方向沿着等距的圆周运动，而椭圆极化则是指电场矢量的振动方向沿着椭圆运动。
圆/椭圆极化通常出现在某些特定光源，如激光器和天体物体。
接下来，我们来讨论光的偏振现象。
偏振是指光波中电场振动方向的选择性。
普通光是一个无法确定电场振动方向的混合态，它包含了各个方向上的电场振动。
然而，通过一些特定的装置，我们可以使光的电场振动方向沿着特定的轴线振动，这就是偏振现象。
最常见的产生偏振光的方式是通过偏振片。
偏振片是一种具有选择性透过特定振动方向的介质，它可以将所有其它方向的振动成分阻挡或吸收。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片的特定方向对齐的电场振动才能透过。
因此，偏振片能够将入射光中的非特定振动方向滤除，得到特定偏振方向的光。
光的偏振现象在许多领域都有广泛的应用。
例如，在摄影和摄像领域，偏振片被用于滤除对摄像结果产生干扰的反射光。
在显微镜中，通过使用偏振片，我们可以观察到材料的结晶结构和纤维方向。
此外，在光通信和显示技术中，偏振光的性质被广泛应用于数据传输和显示器中。
总结而言，电磁波的极化与光的偏振现象在物理学中扮演着重要的角色。
电磁波的极化
，即： E x E xm cost kz x
2
E y E ym cost kz y
E x Em cost x E E cos t E sin t y m x m x 2
S
E
Case２、 E x 和 E y 反相情况，也即 z=0处， x y
2 2 2 2 E Ex Ey E xm E ym cost 0
E x E xm coswt kz x E y E ym coswt kz y
消去ｔ，得到
Ex E m
2
或者
2 2 2 Ex Ey Em
N
这显然是一个圆的方程
W
楠
S
E
2 2 2 Ex Ey Em 合成电磁波的 E 模和幅角分别是
E E2 E2 E x y m 1 sin t x t x tan cost x
E y Ch E x
W
楠
S
E
2 2 2 2 E Ex Ey E xm E ym cost 0 tan Ey Ex E ym E xm 常数
y
Ey
E
说明： 合成电场强度矢量的模值随 时间做正余弦变化；
O
Ex
x
合成电场强度矢量的方向与ｘ轴的夹角始终保 持不变。 结论：说明电磁波合成电场强度矢端轨迹是与 ｘ轴夹角为定值 的一条直线，称为线极化 N W 楠 （linear polarization）
电磁波的极化与光学器件
电磁波的极化与光学器件随着科学技术的进步，光学器件在我们日常生活以及各个领域中的应用越来越广泛。
而电磁波的极化是实现光学器件功能的重要基础。
本文将就电磁波的极化与光学器件展开讨论。
一、电磁波的极化电磁波是由电场和磁场交替变化而形成的一种波动现象。
而电磁波的极化，简单来说，是指电场的振动方向。
通常情况下，电磁波的电场振动方向与传播方向垂直，我们称之为横向电磁波。
而横向电磁波又可以分为两种类型的极化：线偏振和圆偏振。
线偏振的电磁波是指电场在一个确定的方向上振动，而在其他方向上弱化或者消失。
我们可以用偏振片来实现对电磁波的线偏振操作。
偏振片是一种特殊的光学器件，它可以通过选择性吸收或者透过电磁波的方式实现对电磁波的偏振。
圆偏振的电磁波指电场在传播过程中形成一个旋转的曲线，可以是顺时针或逆时针方向。
圆偏振状态的电磁波可以通过将线偏振的电磁波通过特殊的光学器件实现。
这个器件叫做波片。
除了横向电磁波外，还存在纵向电磁波。
纵向电磁波的电场振动方向与传播方向平行，也就是说电场在垂直于传播方向上为零。
然而，纵向电磁波在自然界中非常罕见，在大部分情况下我们接触到的电磁波都是横向电磁波。
二、光学器件的应用光学器件是应用于光学领域的一种装置或设备，主要用于操作电磁波的特性以实现不同的功能。
光学器件的种类繁多，包括透镜、凸透镜、凹透镜、棱镜等等。
透镜是一种广泛应用于光学领域的器件，它可以聚焦光线或改变光线的走向。
透镜根据形状和作用方式的不同，可以分为凸透镜和凹透镜。
利用透镜的特性，我们可以实现折射、散射、放大、缩小等各种功能。
棱镜是另一种常见的光学器件，它可以将光线按照不同波长分离开来。
通过棱镜的作用，我们可以实现光谱的分析和测量。
此外，还有偏振片、衍射光栅、反光镜等等。
这些光学器件的应用范围非常广泛，涵盖了光学通信、激光器、光学显微镜等诸多领域。
三、电磁波的极化与光学器件的关系光学器件的功能是通过对电磁波的极化状态进行操作实现的。
电磁波的极化和干涉实验
电磁波的极化和干涉实验电磁波是一种具有电场和磁场的波动现象，它在空间中传播，并能够相互作用。
在电磁波的传播过程中，我们经常会遇到两个重要的概念：极化和干涉。
本文将探讨电磁波的极化和干涉实验，带您深入了解这些现象。
首先，让我们来了解电磁波的极化。
极化是指电磁波中电场振动方向的特性。
根据电场振动方向的不同，电磁波可以分为三种极化方式：线偏振、圆偏振和无偏振。
线偏振是指电场振动方向沿着一条直线传播的情况。
这种极化方式可以通过偏振片来实现。
偏振片是一种能够选择特定方向的电场振动的光学器件。
当偏振片与电磁波垂直时，它会吸收垂直于其方向的电场振动分量，只允许平行于其方向的电场振动通过，从而实现线偏振。
圆偏振是指电场振动方向沿着一个圆形轨迹传播的情况。
这种极化方式可以通过使用一个相位差为90度的两个正交振动的电场来实现。
这两个振动的电场可以通过使用一对互相垂直的线偏振光与一个波片相互作用得到。
无偏振是指电磁波中电场振动方向随机分布的情况。
这种极化方式可以通过使用一个随机分布的偏振片来实现。
这个偏振片具有各个方向上的电场振动分量，可以将无偏振的电磁波转化为线偏振的电磁波。
接下来，我们将探讨电磁波的干涉实验。
干涉是指两个或多个波相互叠加时产生的现象。
在电磁波的干涉实验中，我们常用的实验装置是双缝干涉实验和薄膜干涉实验。
双缝干涉实验是指将一束单色光通过两个狭缝，使其形成两个相干光源，然后让这两个光源在屏幕上相互叠加。
在干涉过程中，如果两个光源的光程差为波长的整数倍，就会形成明纹，即亮度较高的区域；如果两个光源的光程差为波长的奇数倍加上半波长，就会形成暗纹，即亮度较低的区域。
通过观察屏幕上的干涉条纹，我们可以推测出光的波动性和波动模型。
薄膜干涉实验是指将一束单色光通过一个薄膜，使其在薄膜上发生反射和折射。
在干涉过程中，由于反射和折射会导致光程差的变化，因此会形成明纹和暗纹。
通过观察薄膜上的干涉条纹，我们可以推测出薄膜的厚度和折射率等物理参数。
电磁波的极化与反射
电磁波的极化与反射在日常生活中，我们常常接触到无线电、手机信号等电磁波。
而电磁波的极化与反射是理解这些现象的重要基础。
电磁波的极化是指电磁波振动方向的偏向性。
根据电磁波传播的方向，我们可以将电磁波分为纵波和横波。
纵波是指电场和磁场的振动方向与电磁波传播方向相同的情况，而横波则是指电场和磁场的振动方向垂直于电磁波传播方向的情况。
当电磁波与介质相互作用时，它们的振动方向可能会发生改变，这就是电磁波的极化现象。
简单来说，电磁波的振动方向在垂直于传播方向的平面上发生变化，会导致电磁波的极化。
电磁波的极化可以通过介质的性质来实现。
当电磁波与介质发生相互作用时，介质会对电磁波的振动方向起到选择性的作用，从而使电磁波的振动方向发生改变。
在这个过程中，介质分子的排列和形态起到了关键作用，它们会对电磁波的振动方向产生吸收、散射或透射等不同影响。
电磁波的极化现象在介质中传播时尤为显著，因为介质中的分子结构可以对电磁波的振动方向施加较强的影响。
除了介质对电磁波的极化作用外，电磁波的极化也可以通过外部电场的作用实现。
这就是所谓的外界极化。
外界电场会对电磁波的电子振动轨迹产生影响，从而导致电磁波的极化现象。
对于这种情况，我们可以通过改变外部电场的方向和强度来调节电磁波的极化状态。
与电磁波的极化密切相关的是电磁波的反射现象。
当电磁波遇到一个介质的边界时，一部分电磁波会被反射回去，而另一部分则会被介质吸收或者继续传播。
在反射过程中，电磁波的极化状态也会发生变化。
在反射过程中，横波电磁波的振动方向与入射角度有关，常常遵循反射定律。
反射定律表明，入射角等于反射角，即光线在入射面上的反射角等于入射角。
这说明电磁波在反射过程中会发生振动方向的偏转，从而导致电磁波的极化状态发生改变。
在电磁波的反射中，极化的影响因素还包括表面形态和介质性质等。
当电磁波与粗糙表面发生反射时，由于表面形态的不规则性，电磁波的反射过程会更加复杂。
此外，不同的介质对电磁波的反射也会产生不同的影响，比如反射系数和透射系数等。
电磁波的极化和反射规律
电磁波的极化和反射规律电磁波是一种以电场和磁场交替变化而传播的波动现象。
而电磁波的极化和反射规律则是电磁波在传播和与物体相互作用时所遵循的一些基本规则。
在本文中，我们将探讨电磁波的极化和反射规律的相关内容。
首先，让我们先来了解一下电磁波的极化。
极化是指电磁波振动方式的取向。
电磁波可以以不同方式极化，其中最常见的有线偏振和随机偏振两种形式。
线偏振是指电磁波在传播方向上的电场或磁场振动方向保持不变。
可以想象成电磁波中的电场或磁场振动与某个特定方向平行，而与垂直方向垂直。
这种电磁波通常由特定装置或介质产生，如偏振片或光栅。
而随机偏振则是电磁波的电场和磁场振动方向在各个时刻都是随机的。
这种电磁波可以看作是由许多不同方向上线偏振波叠加而成的。
随机偏振的电磁波常见于自然界中，如太阳光就是一种随机偏振波。
接下来，我们来谈谈电磁波的反射规律。
当电磁波遇到边界时，如由真空传播到介质或由一种介质传播到另一种介质，它会发生反射和折射。
反射是指电磁波从边界反射回原来的介质或空间的现象，而折射则是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象。
根据电磁波的极化方式不同，反射规律也会有所不同。
对于线偏振电磁波来说，当它遇到垂直于其振动方向的边界时，会发生反射和折射。
根据菲涅尔公式，反射和折射的发生取决于入射角和介质的折射率。
折射率越大，入射角越小，反射的比例就越小。
而对于随机偏振电磁波来说，它的反射规律也具有一定特点。
随机偏振电磁波在反射时会产生部分线偏振波，其振动方向与界面垂直。
这是因为在反射过程中，电磁波在界面上发生了散射，导致原本随机的振动方向有所取向。
这部分线偏振波被称为布儒斯特角光，并且具有最小的反射率。
除了极化和反射规律外，电磁波还遵循着其他一些重要的规律，如折射规律和干涉规律。
折射规律描述了电磁波从一种介质传播到另一种介质时入射角和折射角满足的关系，其基本公式为n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2为入射角和折射角。
电磁波极化类型的判别以及极化的分解与合成
间随时间变化的轨迹形状。
极化的形式 三种基本极化方式：线极化、圆极化、椭圆极化
04:12
极化的三种基本形式 三种基本极化方式：线极化、圆极化、椭圆极化 （1）线极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹
苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。
关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于
出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，
就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见《我的积累本》。目标导学四：解读文段，把握文本
环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号 曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？
电磁波的极化
其余情况均为椭圆极化波。
例 6-7 判断下列平面电磁波的极化形式：
jkz (1) E E0 (ex jey )e jkz (2) E E0 ( jex 2 jey )e jky (3) E E0 (ex 3 jez )e 4 j 20πz (4) E (ex jey )10 e
6.3.2 极化形式
1. 线极化 （1）若Ex、Ey相位相同，即 x y 0
Ex Exm cos t kz 0
设初相位为0
Ey Eym cos t kz 0 Ey Eym cos t kz
y
Ex Exm cos t kz
在z=0的等相位面上
Ex Exm cos t
Ey Eym cos t
Ey x
0
Ex
合成电磁波场强的大小为
2 2 2 2 E Ex E y Exm E ym cos t
合场强的方向用E与x轴的夹角表示
arctg
Ey Ex arctg Eym Exm =常数>0
Ex Exm cos t Em cos t
合成电磁波场强的大小为
Ey Eym sin t Em sin t
2 E Ex2 E y Em =常数
y
t
E
Ey
0 Ex
x
合场强的方向与x轴的夹角为
Ex 由此可见，合场强的模为一定值，方向以角速度ω逆时针旋转，故
arctg
2
x y
可见，合场强 E 的矢端轨迹仍为一椭圆，只是长短轴不再与坐标轴 吻合。
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arctg Ey arctg Eym
Ex
Exm
=常数<0
二、四象限
当E的两个分量相位差为0、π时，E的矢端轨迹均沿直线变化，波 均为线极化波。
如果合场强矢量只在水平方向上变化，称为水平极化波；如果只在垂 直方向上变化，称为垂直极化波。前两节中设E exEx 就是沿x方向的线 极化波。
Ex
0 Ex
x
由此可见，合场强的模为一定值，方向以角速度ω逆时针旋转，故
电场强度的矢端轨迹为一圆，这种波称为圆极化波。
当
x
y
π 2
时
合成电磁波场强的大小为 E Ex2 Ey2 Em
合场强的方向与x轴的夹角为
arctg Ey t
Ex
由此可见，合场强的模为一定值，方向以角速度ω顺时针旋转，故 电场强度的矢端轨迹仍为一圆，这种波称为圆极化波。
Ex Exm cost
Ey
Ey Eym cost
0
Ex x
合成电磁波场强的大小为
E Ex2 Ey2 Ex2m Ey2m cost
合场强的方向用E与x轴的夹角表示
一、三象限
arctg Ey arctg Eym
Ex
Exm
=常数>0
y
可以看出，合场强的大小随时间t作正弦变 化，而合场强的方向与x轴保持恒定的夹角， 即方向不变，说明电场矢量的矢端轨迹为一条 直线，这种波称为线极化波。
若 arctg Ey t ，表示E以角
频率ω在xoy平Ex面上沿顺时针旋转；
0 Ex
x
其旋转方向与传播方向成左手关系。
此时称波为左旋圆极化波。
y
y
x
x
右旋极化波
x-y=90º Ex分量超前Ey分量90°
左旋极化波
x-y=-90º Ex分量落后Ey分量90°
不同旋转方向的圆极化波
（1）当 > 0 时，Ey分量比 Ex 滞后，与传播方向 ez 形成右旋椭圆极 化波；当 <0 时， Ey分量比 Ex 超前，与传播方向ez 形成左旋椭圆极
化波。
（2）若d 0 ，为右旋椭圆极化波；若 d 0 ，为左旋椭圆极化波。
dt
dt
圆极化波根据场强矢量E的旋转方向，可将其分为左旋圆极化波和右
旋圆极化波。它们的判定如下：
Ey 比 Ex
若 arctg Ey t ，表示E以角 滞后
频率ω在xoy平E面x 上沿逆时针旋转；
其旋转方向与传播方向成右手关系
y 右旋 E 左旋
Ey
。此时称波为右旋圆极化波。
Ey 比 Ex 超前
两个相位相同，振幅不等的空间相互正交的线极化平面波，合成后
仍然形成一个线极化平面波。反之，任一线极化波可以分解为两个相位
相同，振幅不等的空间相互正交的线极化波。
2.圆极化波
若Ex、Ey相位差为π/2，即
x
y
π 2
，
Ex Exm cost kz
Ey
Eym
cos
t
kz
6.3.2 极化形式
1. 线极化
（1）若Ex、Ey相位相同，即 x y 0
Ex Exm cost kz 0
Ey Eym cost kz 0
设初相位为0
Ex Exm cost kz
Ey Eym cost kz
y
在z=0的等相位面上
可得
Ex Exm
2
2
Ex Exm
Ey Eym
cos
Ey Eym
2
sin2
y
x'
E
y'
Ex m
Ey m
x
其中 x y
可见，合场强 E 的矢端轨迹仍为一椭圆，只是长短轴不再与坐标轴 吻合。
同样，椭圆极化波根据场强矢量 E 的旋转方向，也可将其分为左旋椭 圆极化波和右旋椭圆极化波。其判定方法有两种:
Eym
E
两式移项，平方相加得
Ex2 Ex2m
Ey2
E
2 ym
1
x
Exm
显然上式说明 E 的矢端轨迹为一椭圆，这种波称为椭圆极化波。长 短轴与坐标轴吻合。
若Ex、Ey振幅不等，且二者相位差不是π/2，即
x
y
π。则由
2
Ex Exm cost kz x
Ey Eym cos t kz y
E exEx ey Ey
Байду номын сангаас
其中 Ex Exm cost kz x
Ey Eym cos t kz y
极化是指电场强度E的矢端在空间固定点上随时间的变化所描绘
的轨迹。
1.若矢端轨迹是一条直线，称该波为线极化波。 2.若矢端轨迹是圆，称该波为圆极化波。 3. 若矢端轨迹为椭圆，称该波为椭圆极化波。
Ey E
0
Ex x
空间固定点处E的变化
（2）若Ex、Ey相位差为π即 x y π
设 x初相位0，在z=0的等相位面上有
y
Ex Exm cost
Ey Eym cost π Eym cost
合成电磁波场强的大小为
E
Ey
Ex 0
x
E Ex2 Ey2 Ex2m Ey2m cost
第六章 平面电磁波
6.3 电磁波的极化
主要内容
线极化波 圆极化波 椭圆极化波
学习目的
掌握极化的定义、分类 灵活判定波的极化方式
6.3.1 极化的概念
波的极化描述在电磁波传播过程中E/H方向的变化。一般情况下，
E、H在等相位面上有两个分量，下面以E为例讨论。设电磁波沿+z方
向传播。
π 2
E ym
sin t
kz
若Ex、Ey振幅相等，即
Exm Eym Em，在z=0的等相位面上
y
t
Ex Exm cost Em cost
Ey Eym sin t Em sin t
E
Ey
合成电磁波场强的大小为 E Ex2 Ey2 Em =常数 合场强的方向与x轴的夹角为 arctg Ey t
3.椭圆极化波
若Ex、Ey相位差为π/2，即
x
y
π 2
，
Ex Exm cost kz
Ey
Eym
cos
t
kz
π 2
E ym
sin t
kz
若Ex、Ey振幅不等，即 Exm Eym，在z=0的等相位面上
Ex Exm cost
y
Ey Eym sin t