Что такое круговая поляризация света

Что такое круговая поляризация света

Физика

Электродинамика

Магнитное поле

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Механические волны

Электромагнитные волны

Оптика

Геометрическая оптика

Задачи на сферическое зеркало

Линза

Волновая оптика

Основы теории относительности

Основы квантовой физики

Излучения и спектры

Световые кванты

Атомная физика

Ядерная физика

Физика элементарных частиц

Открытие позитрона. Античастицы

Современная физическая картина мира

Современная физическая картина мира

Строение Вселенной

Строение Вселенной

Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

Наша галактика и другие галактики

Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной

Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов

«Красное смещение» в спектрах галактик

Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной

Наблюдение солнечных пятен, звёздных скоплений, туманностей и галактик

Медиаматериалы

Направление поляризации

Вектор напряженности электромагнитной волны E, поляризованной эллиптически, вращается в плоскости декартовой системы координат в направлении распространения волны и видится наблюдателю в форме спирали. Такие условия часто принимаются в технической литературе.

Любое состояние поляризации волны можно разделить на две линейно поляризованные ортогональные компоненты, ориентированные вдоль осей х и у. Если амплитуды обеих компонент равны, а фазовый сдвиг у-компоненты относительно х-компоненты равен ± π/2, то такое излучение поляризовано циркулярно. Знак фазового сдвига определяет направление вращения. За вращение по часовой стрелке (правая круговая поляризация (рис. 1)) отвечает фазовый сдвиг – π/2, соответственно, вращение против часовой стрелки или левая круговая поляризация (рис. 2), задается фазовым сдвигом + π/2.

Рисунок 1. Правая круговая поляризация

Рисунок 2. Левая круговая поляризация

На рис. 1 и рис. 2 проиллюстрирована проекция вращения вектора напряженности поля Е на виртуальном экране. Окружность формируется при каждом вращении вектора напряженности поля Е по часовой стрелке (или против часовой стрелки), соответственно.

Генерация циркулярно поляризованного света

Круговой поляризацией света называется состояние поляризации света, которое получается в результате прохождения линейно поляризованной волны через четвертьволновую пластину. Удобно описывать это состояние математически с помощью матриц.

Под вектором Джонса принимается описание направления поляризации света, матрица Джонса описывает четвертьволновую пластину.

Матрица Джонса, описывающая четвертьволновую пластину, медленная ось которой ориентирована вдоль оси х, принимает вид:

(1)

где e iπ /4 – коэффициент фазы (практически во всех случаях может быть опущен).

Вектор Джонса, описывающий вектор линейной поляризации, ориентированный под углом + 45°, записывается как:

(2)

Когда линейно поляризованный свет проходит через четвертьволновую пластину, вектор Джонса для излучения на ее выходе вычисляется как:

(3)

Соотношение справедливо для света с правой круговой поляризацией. Иллюстрация, приведенная на рис. 3, показывает случай, когда быстрая и медленная оси четвертьволновой пластины сонаправлены с осями х и у в декартовой системе координат. Фиолетовый вектор показывает ориентацию линейной поляризации падающей под углом + 45° волны. Красный и синий векторы – ортогональные компоненты вектора напряженности в фазе. x-компонента (синий) сонаправлена с медленной осью волновой пластины. Скорость перемещения этой компоненты ниже скорости перемещения у-компоненты (красный), сонаправленной с быстрой осью пластины. Прохождение сквозь волновую пластину задерживает фазу х-компоненты. Величина замедления зависит от толщины пластины, для четвертьволновой пластины фазовый сдвиг равен – π/2 При таком сдвиге фаз результатом является правая круговая поляризация. Вектор напряженности поля Е вращается по часовой стрелке по ходу распространения волны вдоль оси z.

Рисунок 3. Генерация право циркулярно поляризованного света

Когда падающий свет поляризован линейно, а вектор поляризации ориентрирован под углом – 45 о , вектор Джонса принимает следующий вид:

(4)

Вектор Джонса излучения на выходе четвертьволновой пластины описывается соотношением:

(5)

Выходное излучение характеризуется левой круговой поляризацией. Данный случай проиллюстрирован на рис. 4. Волновая пластина ориентирована так же, как и на рис. 3, фиолетовый вектор также обозначает ориентацию вектора линейной поляризации падающего света. При этом разность фаз между х— и у-компонентами вектора напряженности поля Е отсутствует. Ориентация вектора поляризации под углом – 45 о означает азимутальное вращение. Красный вектор указывает на положительное направление оси у, синий – на отрицательное направление оси х. Прохождение сквозь пластину добавляет компоненте, сонаправленной с медленной осью, сдвиг фазы + π/2 относительно фазы компоненты, сонаправленной с быстрой осью пластины. Выходное излучение обладает левой круговой поляризацией и вектор Е вращается против часовой стрелки по ходу распространения волны вдоль оси z.

Рисунок 4. Генерация лево циркулярно поляризованного света

Векторы и матрицы Джонса

Приведенные таблицы содержат информацию о видах векторов и матриц Джонса для стандартных оптических компонентов в зависимости от состояния поляризации.

Таблица 1. Векторы Джонса

Таблица 2. Матрицы Джонса для стандартной оптики

Оптический элемент	Матрица Джонса
Горизонтальный линейный поляризатор
Вертикальный линейный поляризатор
Линейный поляризатор, + 45 о
Линейный поляризатор, – 45 о
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована горизонтально
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована вертикально

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

Из симметричной сферы создали источник света с круговой поляризацией

Физикам удалось получить свет с круговой поляризацией от сферического симметричного источника размером несколько нанометров. В основе метода лежит катодолюминесценция, а характер поляризации зависит от положения используемого электронного луча. Помимо фундаментального значения, способ может помочь в создании квантовых компьютеров. Статья опубликована в ACS Nano.

Электромагнитное волны по своей природе поперечные, то есть в луче света колебания идут поперек его оси. В естественном свете, как от Солнца или лампы накаливания, колебания не лежат в одной плоскости, а распределены хаотично по кругу, и такие волны называют неполяризованными. Однако если колебания идут в одном направлении или в нескольких, то такой свет точно будет поляризованным.

Поляризация при этом бывает разной. Если плоскость колебаний всего одна, ее называют линейной. Если две волны с разной плоскостью поляризации совместить перпендикулярно друг другу, но со сдвигом фазы, то они сложатся, и вектор электрического поля будет постоянно описывать круг. Такую поляризацию называют круговой. В настоящий момент круговой поляризации света в повседневной жизни почти нет практического применения, и только некоторые животные способны ее замечать — например, несколько видов морских ракообразных.

Однако этот эффект может пригодиться в перспективной электронике, в том числе квантовых компьютерах. Например, с его помощью можно влиять на электроны внутри квантовых точек. Один из способов получить волну с круговой поляризацией — использовать хиральный (несимметричный) на масштабах меньше длины волны источник света. Поэтому в исследованиях в области квантовых вычислений к обычному светящемуся источнику, например, однофотонному генератору, подсоединяют хиральную оптическую наноантенну.

Таеко Матсукато (Taeko Matsukata) из Токийского технологического института и его коллеги придумали, как добиться управляемой наноскопической люминесценции без использования антенн, прямо от источника. В качестве источников света использовали кремнивые сферы диаметром 100 нанометров, которые начинают светиться под действием потока свободных электронов. Это явление называется катодолюминесценция: в ней нет ничего нового — по этому принципу работали кинескопные телвизоры, у которых круговой поляризации не наблюдалось.

Находка японских ученых заключается в том, что они смогли управлять поляризацией света за счет выбора места и угла падения электронного луча.

Электроны влияли на дипольный момент наносферы, нарушая симметрию, делая ее хиральной. В зависимости от комбинации угла облучения и энергии сфера испускала свет с разной поляризаций, в том числе, при некоторых конфигурациях, одна ее сторона светилась с правой круговой поляризацией, а вторая — с левой.

Описанный метод получения света с заданной поляризацией стабилен и точен: в ходе эксперимента удавалось добиться произвольной разницы фаз, нуля до пи, и потому технологии может найтись применение в элементарной базе вычислительной техники будущего.

У поляризованного света есть ряд особых свойств: например, поляризация позволяет преодолеть дифракционный предел и увидеть микроскопические детали.

Василий Зайцев
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Физики разобрались с танцем арахиса в пиве
Это поможет добывать руду и обрабатывать ядерные отходы

Европейские физики теоретически и экспериментально исследовали цикличные процессы всплытия и опускания на дно зерен арахиса в пиве, который называют «танец арахиса». Для этого они в течение двух с половиной часов снимали на камеру этот процесс в лаборатории. Анализируя эти результаты, ученые выяснили, что танец происходит из-за поверхностных свойств арахиса, на которых образование пузырьков предпочтительнее, чем на стенках стакана. Исследование опубликовано в Royal Society Open Science. В России распространен фокус, который показывают на вечеринках с шампанским. Для этого в полный бокал игристого напитка бросают изюминку, кусочек ананаса или дольку шоколада. Брошенное в жидкость тело сначала тонет, но затем всплывает под действием пузырьков газа, зародившихся на его краях. У поверхности пузырьки разрушаются и цикл повторяется. В аргентинских барах существует такая же традиция, только вместо шампанского там используют пиво, а вместо изюма — арахис. Там этот трюк получил название «танец арахиса». Несмотря на качественное понимание такого танца, физики плохо понимают его детали. Вместе с тем, такие процессы происходят не только на вечеринках или в барах, но и в природе: предполагается, что именно так плотный магнетит всплывает в магме. Похожим же образом горняки отделяют железо от руды. Разобраться в этом вопросе решили Луис Перейра (Luiz Pereira) из Университета Людвига Максимилиана и его коллеги из Англии, Германии и Франции. Для этого они провели экспериментальны с арахисом в пиве и подтвердили их результаты численными вычислениями. Физики наполняли резервуар размером 100 × 100 × 200 миллиметров одним литром лагера и опускали в него 13 обжаренных зерен арахиса Arachis hypogaea. Весь процесс они снимали на цифровую камеру. На начальном этапе все зерна плавали на поверхности из-за активного образования пузырей в перенасыщенном углекислом газом пиве. Примерно через 25-30 минут количество пузырьков уменьшалось и арахис начинал цикличное движение вверх и вниз под действием описанного выше механизма. Танец всех зерен прекратился примерно через 150 минут после начала эксперимента — количество газа, растворенного в пиве, опустилось ниже пороговой отметки. Для анализа результатов эксперимента авторы разбили задачу на три части: зарождение пузырьков, плавучесть и цикличность. Для этого им потребовалось знать капиллярные свойства системы, такие как плотность пива и газа, поверхностное натяжение, углы смачивания и так далее. Первое они рассчитали с помощью пивного онлайн калькулятора, второй — взяли из литературы, а для получения информации об углах ученым потребовалось провести дополнительные эксперименты по смачиванию пива стеклом и плоской частью арахиса. В результате физики смогли воспроизвести основные особенности поведения арахиса в пиве, которые они увидели в эксперименте. Так, они доказали, что арахис обладает поверхностью, на которой образование пузырей энергетически более выгодно, чем на стенках стакана. Если бы это было не так, танец арахиса был бы невозможен. Ученые отмечают, что арахис в пиве может служить модельной системой не только для задач геологии и добычи полезных ископаемых, но и в обработке ядерных отходов. Один литр пива — это не так много, когда речь идет о физическом эксперименте (впрочем, не только). То ли дело 30 литров! Именно столько потратили физики из Германии и Кореи, изучая стабильностью пивной пены при розливе «снизу-вверх».

Круговая поляризация света

Статья рассматривает понятие круговой поляризации света, объясняет её принципы, методы генерации и применение в различных сферах, таких как искусство, биомедицина и коммуникации.

Круговая поляризация света обновлено: 28 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
Помощь в написании работы

Введение

Поляризация света – это явление, при котором световые волны распространяются в определенной плоскости или с определенной ориентацией колебаний. Одним из типов поляризации является круговая поляризация, при которой вектор электрического поля света описывает окружность в плоскости перпендикулярной направлению распространения света. Круговая поляризация имеет широкий спектр применений, от визуального искусства до биомедицины и оптических коммуникаций.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Основные принципы поляризации света

Поляризация света – это явление, при котором световые волны распространяются в определенной плоскости. Волновая природа света объясняется электромагнитной теорией, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве.

Поляризаторы – это оптические устройства, которые позволяют пропускать свет только в определенной плоскости поляризации. Они могут быть созданы из различных материалов, таких как поляризационные пленки или кристаллы.

Существует два основных типа поляризации света: линейная и круговая. Линейная поляризация происходит, когда свет распространяется только в одной плоскости. Круговая поляризация, с другой стороны, происходит, когда световые волны вращаются вокруг оси распространения света.

Для понимания принципов поляризации света, необходимо рассмотреть его волновую природу. Свет представляет собой электромагнитные волны, состоящие из электрического и магнитного поля, перпендикулярных друг другу и перпендикулярных направлению распространения света.

При прохождении света через поляризатор, он выбирает только световые волны, колеблющиеся в определенной плоскости. В случае линейной поляризации, поляризатор пропускает только световые волны, колеблющиеся в одной плоскости, и блокирует световые волны, колеблющиеся в других плоскостях.

Круговая поляризация достигается с помощью специальных оптических устройств, называемых фазовыми пластинками. Фазовая пластинка изменяет фазу световых волн, вызывая их вращение вокруг оси распространения света. Это приводит к созданию круговой поляризации, где световые волны вращаются вокруг оси с постоянной скоростью.

Круговая поляризация имеет свои особенности и применения в различных областях. Она может использоваться в визуальном искусстве и дизайне для создания эффектов и эмоциональных впечатлений. В биомедицине и оптике круговая поляризация может быть использована для анализа и диагностики тканей. Кроме того, она имеет потенциал для применения в оптических коммуникационных системах.

Методы генерации кругово поляризованного света

Использование фазовых пластинок является одним из основных методов генерации кругово поляризованного света. Фазовая пластинка – это оптическое устройство, которое изменяет фазу световых волн, проходящих через нее. Это приводит к изменению поляризации света и созданию круговой поляризации.

Фазовые пластинки могут быть различных типов и изготавливаются из различных материалов. Одним из наиболее распространенных типов фазовых пластинок являются пластинки чувствительные к изменению толщины. Эти пластинки состоят из материала, который меняет свою оптическую плотность при изменении толщины. При прохождении света через такую пластинку, его фаза изменяется, что приводит к созданию круговой поляризации.

Другим методом генерации круговой поляризации является использование вихревых пучков. Вихревой пучок – это световая волна, в которой фаза меняется по окружности вокруг оси распространения света. Это создает спиральную форму световой волны и круговую поляризацию. Вихревые пучки могут быть сгенерированы с помощью специальных оптических элементов, таких как спиральные фазовые пластинки или объективы с фазовыми масками.

Оба этих метода генерации круговой поляризации имеют свои преимущества и ограничения. Фазовые пластинки чувствительные к изменению толщины обычно более просты в использовании и могут быть легко интегрированы в оптические системы. Однако они могут быть чувствительны к изменениям температуры и механическим напряжениям. Вихревые пучки, с другой стороны, могут быть более устойчивыми к внешним воздействиям, но их генерация может быть более сложной и требовать специального оборудования.

Генерация кругово поляризованного света имеет широкий спектр применений. Она может использоваться в различных областях, включая визуальное искусство и дизайн, биомедицину и оптику, а также в коммуникационных системах. Понимание и развитие методов генерации круговой поляризации света продолжает быть активной областью исследований и разработок.

Применение круговой поляризации света

Визуальное искусство и дизайн:

Использование круговой поляризации в визуальном искусстве и дизайне может создавать уникальные эффекты и эмоциональные впечатления. Круговая поляризация может быть использована для создания трехмерных эффектов, глубины и объема в изображениях. Это может быть особенно полезно в создании иллюзий и визуальных эффектов в кино, телевидении и видеоиграх. Круговая поляризация также может быть использована для создания особых эффектов в фотографии, моде и дизайне одежды.

Биомедицина и оптика:

В биомедицине и оптике круговая поляризация света может быть использована для анализа и диагностики тканей. Круговая поляризация может помочь выявить изменения в структуре и состоянии тканей, такие как опухоли или повреждения. Это может быть полезно для раннего обнаружения заболеваний и мониторинга эффективности лечения. Круговая поляризация также может быть использована для изучения оптических свойств биологических материалов, таких как ДНК и белки, что может привести к новым открытиям и применениям в медицине и биологии.

Коммуникация и информационные технологии:

В оптических коммуникационных системах круговая поляризация может быть использована для передачи и обработки информации. Круговая поляризация может быть использована для увеличения пропускной способности и улучшения качества сигнала в оптических волоконных системах. Она также может быть использована для создания оптических устройств, таких как оптические изоляторы и модуляторы, которые могут быть использованы в оптических сетях и устройствах связи. Круговая поляризация также может быть использована в оптической обработке информации, такой как оптические вычисления и хранение данных.

В заключение, круговая поляризация света имеет широкий спектр применений в различных областях. Она может быть использована для создания эффектов и эмоциональных впечатлений в визуальном искусстве и дизайне, а также для анализа и диагностики тканей в биомедицине и оптике. Круговая поляризация также имеет применение в оптических коммуникационных системах и информационных технологиях. Понимание и развитие методов генерации и использования круговой поляризации света продолжает быть активной областью исследований и разработок.

Заключение

Круговая поляризация света имеет широкий спектр применений в различных областях, включая визуальное искусство и дизайн, биомедицину и оптику, а также коммуникацию и информационные технологии. Она позволяет создавать уникальные эффекты и эмоциональные впечатления, а также анализировать и диагностировать ткани и обрабатывать информацию в оптических системах. Понимание и развитие методов генерации и использования круговой поляризации света продолжает быть активной областью исследований и разработок.