Что такое поляризация и зачем она нужна

Круговая (эллиптическая) поляризация. RHCP, LHCP

При распространении радиоволны в свободном пространстве конец вектора электрического поля описывает в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны эллипс — это эллиптическая поляризация.

При эллиптической поляризации существует некоторая комбинация вращательного и колебательного движений, а вектор электрического поля вычерчивает в пространстве эллипс.
Эллиптическую поляризацию электромагнитной волны принято характеризовать коэффициентом эллиптичности поляризации, который определяется отношением длин большой и малой осей эллипса и выражается в децибелах. В крайних случаях, когда одна из осей равна 0 (вырожденный эллипс) — получаем линейную поляризацию. В случае равности осей — круговую (циркулярную).

Различают правую RHCP (righthand circular polarization) и левую LHCP (lefthand circular polarization) эллиптическую и круговую поляризацию. Поляризация – левая (конец вектора вращается по часовой стрелке) если смотреть навстречу лучу и правая — если вектор вращается против часовой стрелки.

Применение круговой поляризации

В отличии от линейной поляризации волны с круговой поляризацией не меняют вектор поляризаци проходя через рассеивающую среду. Отраженные паразитные волны наоборот — меняют направление вращения поляризации

Кроме того для приёма сигнала с круговой поляризацией не важно положение плоскости поляризации передающей и приёмной антенн

Особенность радиоволн с круговой поляризацией используют в случае, если антенны приемника и передатчика не могут быть сонаправлены. Это космическая связь, FPV-антенны, метки и приемники RFID. Круговая поляризация света используется также в технологиях стереокинематографа RealD и MasterImage.

Что такое степень поляризации света, от чего она зависит

В 1811 году француз Доминик Франсуа Араго обнаружил отличия в оптической активности разных веществ — способности изменять направление поляризации света, прошедшего через кристалл. В 1815 году шотландец Дэвид Брюстер установил, что тангенс угла полной поляризации, известного теперь, как угол Брюстера, равен показателю преломления вещества, тем самым выведя формулу для подсчета этого угла.

Закон Брюстера:

\(\tan{\left(\alpha\right)}_{Бр}\;=\;\frac{n_2}{n_1}.\)

Луч, отраженный под углом Брюстера, полностью поляризован и всегда расположен под углом 90 градусов к преломленному лучу. Каждая точка поверхности, куда попадает волна, становится вторичным источником лучей — она провоцирует совместные осцилляции дипольных моментов в диэлектрике на молекулярном уровне. Новые волны, попадая в свободное пространство, при движении вперед создают отраженную и преломленную волну.

Под другим углом граница раздела сред не может отразить 100% света, часть его входит в состав преломленного луча, так что полная поляризация недостижима. Чтобы вычислить степень частичной поляризации, нужно воспользоваться выражением:

\(p = \frac{I_{max} — I_{min}}{I_{max} + I_{min}}.\)

\(I_{max}\) и \(I_{min}\) здесь — максимальная и минимальная интенсивность. Если свет естественный, они равны, и степень поляризации равна нулю.

Для эллиптически поляризованных лучей света понятие степени поляризации не применимо. Она всегда будет равна единице, так как колебания этих лучей полностью упорядочены. Если \(I_{min}\) равна нулю, то степень поляризации будет также равна единице, а поляризатор называется идеальным. Свет при этом будет называться плоскополяризованным.

Вводный экспресс-курс в теорию антенн и радиосвязь¶

Ссылка:
*https://www.youtube.com/watch?v=hJVvOIYWUKM*

Список использованных источников

Передача радиосигнала.

*https://revolution.allbest.ru/physics/00342958_0.html*
Как выбрать аппаратуру управления квадрокоптером.
*https://blog.rcdetails.info/kak-vybrat-apparaturu-upravleniya-kvadrokopterom/*
Выбираем антенну для FPV коптеров.
*https://blog.rcdetails.info/vybiraem-antennu-dlya-fpv-kopterov/*
Антенна с круговой или линейной поляризацией. Что лучше для FPV?
*https://blog.rcdetails.info/antenna-s-krugovoj-ili-s-linejnoj-polyarizatsiej-chto-luchshe-dlya-fpv/*
*https://studopedia.info/3-76826.html*
*https://www.wekom.ru/kak-rabotaet-am-fm-radio/*
*http://olymp.as-club.ru/publ/arkhiv_rabot/chetyrnadcataja_olimpiada_2016_17_uch_god/multirotornye_sistemy_kakova_istorija_i_est_li_perspektivy_razvitija_v_budushhem/37-1-0-1969*
*https://blog.rcdetails.info/kak-vybrat-apparaturu-upravleniya-kvadrokopterom/*
*https://model-ka.ru/6ch-heli*
*https://www.alibaba.com/product-detail/MJX-B2W-Bugs-2-GPS-Brushless_60722756007.html*
*https://www.rc-hobby.com.ua/infocenter/obzory-i-stati/kakoy-vybrat-pult-distantsionnogo-upravleniya-dlya-avtomodeli/*
*https://blog.rcdetails.info/obzor-priemnik-frsky-r-xsr-novyj-samyj-luchshij-priemnik-dlya-mini-kopterov/*
*https://digteh.ru/WLL/PrmPrjamPreobr.php*
*https://blog.rcdetails.info/antenna-s-krugovoj-ili-s-linejnoj-polyarizatsiej-chto-luchshe-dlya-fpv/*
*https://ru.mouser.com/new/linx/linx-wrt-mon-antennas/*
*https://blog.rcdetails.info/vybiraem-antennu-dlya-fpv-kopterov/*
*https://blog.rcdetails.info/antenna-s-krugovoj-ili-s-linejnoj-polyarizatsiej-chto-luchshe-dlya-fpv/*
*https://blog.rcdetails.info/antenna-s-krugovoj-ili-s-linejnoj-polyarizatsiej-chto-luchshe-dlya-fpv/*
*https://blog.rcdetails.info/antenna-s-krugovoj-ili-s-linejnoj-polyarizatsiej-chto-luchshe-dlya-fpv/*
*https://hobbymania.com.ua/ru/tovar.php?id_tovar=4995*
*http://www.mavbot.com/2013/09/longer-range-fpv-for-cheap.html*
*http://www.parkflyer.ru/ru/blogs/view_entry/4419/*
*https://rcsearch.ru/wiki/Клевер*
*https://blog.rcdetails.info/razlichiya-mezhdu-antennymi-razemami-sma-i-rp-sma/*
*https://fastbox.su/konektor-ipx-ufl-gniazdo-sma-15cm-item-i7232767403.html*
*http://ruconnectors.ru/connectors-mmcx-budget/*
*http://drone-irk.ru/?p=2851*
*http://drone-irk.ru/?p=2282*
*https://ru.banggood.com/2_4G-8CH-Receiver-PPM-SBUS-Output-for-Frsky-X9DPLUS-XJT-DJT-DFT-DHT-p-1271793.html?cur_warehouse=CN*
*http://drone-irk.ru/?p=2282*
*https://vam-na-dom.shop/p408298799-cjmcu-20948-pcm1802.html*
*https://ru.banggood.com/FrSky-R-XSR-Ultra-SBUSCPPM-D16-16CH-Mini-Redundancy-Receiver-1_5g-for-RC-Multirotor-FPV-Racing-Drone-p-1186057.html?gmcCountry=RU&currency=RUB&createTmp=1&utm_source=googleshopping&utm_medium=cpc_bgcs&utm_content=haosen&utm_campaign=haosen-ssc-rug-toys-0317&ad_id=426090240449&cur_warehouse=CN*

Поляризация электромагнитных волн

Поляризация электромагнитных волн — это свойство, определяющее направление колебаний электрического и магнитного полей волны. Природа электромагнитных волн — это синусоидальные колебания электрического и магнитного полей, которые распространяются в пространстве со скоростью света.

При отсутствии поляризации волна распространяется во всех направлениях в пространстве, и ее поля колеблются во всех плоскостях перпендикулярно направлению распространения энергии. Однако, когда волна становится поляризованной, например, при прохождении через определенные вещества или фильтры, ее поля смещаются в определенной плоскости, ортогональной направлению распространения энергии.

Существует три основных типа поляризации: линейная, круговая и эллиптическая.

Линейная поляризация — это тип поляризации, при котором электрическое поле волны колеблется в одной плоскости.
Круговая поляризация — это тип поляризации, при котором электрическое поле волны колеблется по окружности.
Эллиптическая поляризация — это тип поляризации, при котором электрическое поле волны колеблется по эллипсу.

Поляризацию электромагнитной волны можно изменять с помощью специальных оптических элементов, таких как поляризаторы, которые пропускают волны только с определенной поляризацией, или пластинки, которые изменяют поляризацию проходящей через них волны.

Поляризация электромагнитных волн имеет широкое применение в различных областях, таких как оптика, радиотехника, телекоммуникации и медицина. Например, в оптике поляризация используется для создания поляризационных фильтров, интерференционных покрытий, поляризационных лазеров и других устройств и приборов.

Какую связь используют квадрокоптеры

Управление дронами осуществляется через комплектный пульт ДУ или смартфон.

Большинство квадрокоптеров используют для связи радиоканалы на частотах 2.4 или 5.8 ГГц. В первом случае девайсы стоят дешевле, но на их работу влияют вездесущие помехи в виде смартфонов, Wi-Fi роутеров и других бытовых приборов.

Передачу сигнала на частоте 5.8 ГГц применяют в основном в дорогих профессиональных квадрокоптерах, так и помех меньше, и радиус полетов может быть больше.

Практически все бюджетные модели с Ali работают на частоте 2.4 ГГц, дрон при этом выступает в качестве Wi-Fi точки доступа, а пульт или смартфон, с которого происходит управление, подключается к нему.

Некоторые модели могут одновременно держать связь и с пультом ДУ, и со смартфоном. Первый при этом отвечает за управление, а на второй выводится сигнал со встроенной камеры.

Дальность квадрокоптеров — каковы оптимальные и максимальные возможности аппаратов?

данный момент

Как возможно увеличить максимальную дальность квадрокоптеров?

Установка на пульт квадрокоптера промежуточного усилителя. Стандартно пульты управления имеют мощности в районе 10мВт, подключение и настройка усилителя даст возможность увеличить данный параметр до 1-1,5 Ватта. А это даст возможность Вам управлять коптером на расстоянии до 7-8 км.

Можно купить модуль LRS и провести его инсталляцию в пульт управления. Данный модуль увеличит радиус управления коптером с 1 км до 3-5 км.

Проблему физических возможностей и заряда батареи коптера можно решить подключением либо доп

источников питания, либо подключением более емкой зарядной батареи.

Также нужно взять во внимание и тот фактор, что при увеличении дальности радиосигнала, нужно будет увеличивать силу и дальность действия видеосигнала, чтобы получать видеопоток с камер коптера. Данный вопрос решается с помощью монтажа видеопередатчиков различной мощности.

Квадрокоптеры продолжают набирать армию поклонников. Сейчас в продаже можно найти годные бюджетные модели, с которыми просто овладеть навыками пилотирования и при этом не угробить дорогостоящего дрона.

На AliExpress представлен довольно широкий выбор компактных и недорогих квадрокоптеров, а также предлагают комплектующие и запчасти, которые понадобятся в случае ремонта.

У большинства подобных моделей есть один существенный недостаток – ограниченный радиус полетов. Облететь дом или заглянуть в окно к соседу еще получится, а вот несколько железобетонных препятствий сразу прервут связь пилота с моделью.

Как увеличить радиус действия таких квадрокоптеров

Все очень просто, не нужно ничего делать с дроном, разбирать его, крепить на него внешние антенны или усилители сигнала.

Вам понадобится лишь вот такой гаджет:

Это усилитель сигнала Wi-Fi, который работает в режиме ретранслятора, увеличивая зону покрытия сети.

Его можно включить в квартире и разместить у окна, если летать возле дома либо взять с собой. Штука компактная и работает от любого PowerBank, например от такого:

Можно взять с собой и летать в любом месте.

Работает все следующим образом:

1.
Собираем квадрокоптер, устанавливаем аккумулятор и включаем его.

2.
После того, как дрон создал сеть Wi-Fi, подключаемся к ней со смартфона.

3.
В приложении Mi Home, через которое осуществляется настройка Mi Amplifier, выбираем усилитель Wi-Fi и активируем функцию ретранслятора.

Теперь «стик» Xiaomi будет усиливать сеть, раздаваемую квадрокоптером.

Имейте ввиду, что держать усилитель рядом с собой будет бессмысленно. Если дрон не достанет сигналом до смартфона, то и до репитера вряд ли добьет.

PowerBank с подключенным Mi Amplifier нужно расположить между пилотом и предполагаемой зоной полетов.

Работать все это будет при условии, что квадрокоптер управляется со смартфона. Радиус работы радиопульта не увеличится.

Некоторые модели управляются при помощи пульта ДУ, но для вывода картинки для FPV используется Wi-Fi сеть. Смартфон подключается к ней и выводит изображение с камеры дрона.

Каждый оператор устройств на радиоуправлении заинтересован в высоком качестве пилотирования и высокой производительности дэвайсов. Эти характеристики во многом зависят от времени, которое дрон или квадрокоптер проводит в воздухе. Увеличить длительность рабочего режима устройства можно, регулярно меняя аккумуляторы и заряжая батареи. Но вряд ли кого-нибудь обрадует такая перспектива. Поэтому операторы ищут более эффективные методы, увеличивающие время полета дрона.

На продление дальности полета квадрокоптеров влияет ряд факторов, среди которых:

сила радиосигнала,
емкость батареи,
тип двигателя,
условия полета.

К примеру, время пилотирования дэвайса в условиях города значительно меньше, чем за городом. Кстати, новичкам рекомендуют получать навыки управления квадрокоптером на открытой местности, где отсутствуют препятствия в виде электрических опор, деревьев, других объектов.

Чтобы повысить возможности аккумулятора, специалисты советуют подключить дополнительные источники питания. Дальность полета зависит и от других параметров, например, стиля полета (маневрирование, выполнение флипов и переворотов, «зависание» в пространстве).

Большинство изделий функционируют на частоте 2,4 Ггц: она позволяет осуществлять полеты на небольшое расстояние – в среднем 1 км. Вылет аппарата из зоны приема сигнала чреват потерей летательного устройства. Расширить зону приема сигнала помогут специальные комплектующие. Представленные на рынке модели отличаются рядом преимуществ, среди которых:

легкий вес,
компактные размеры,
простота установки,
доступная цена.

Использование усилителей позволит увеличить дальность полетов на расстояние до нескольких километров (этот показатель зависит от модели). В комплект устройств для усиления сигнала входят панель антенны, кабели, кронштейн в качестве опоры. Усилители концентрирует излучение антенны и направляют луч сигнала от пульта ДУ. Подключение аппаратуры не требует каких-либо изменений в работе летательного агрегата.

Что такое RHCP антенна и как она работает?

Поляризация антенны описывает ориентацию электрического поля ее радиоволн. В отличие от линейно поляризованных антенн, которые имеют фиксированное направление, RHCP антенна создает вращающийся пучок радиоволн.

Приемник, который использует RHCP антенну, должен быть совместимым, чтобы полностью восстановить поляризацию сигнала

Это может быть особенно важно при передаче сигнала через помехи, так как круговая поляризация лучше сопротивляется эффектам многолучевого распространения и отражению

RHCP антенна обычно используется в различных областях, таких как радиосвязь, спутниковая навигация, беспроводные сети и дроны. Она предоставляет улучшенную пропускную способность и устойчивость к помехам, что делает ее популярным выбором для множества приложений.

Преимущества RHCP антенны:

1. Устойчивость к эффектам многолучевого распространения.

2. Улучшенная пропускная способность.

3. Меньшая чувствительность к помехам.

4. Компактный размер и легкий вес.

В целом, RHCP антенна представляет собой эффективный способ передачи и приема радиоволн с круговой поляризацией. Ее особенности делают ее полезным инструментом для различных приложений, где важны устойчивость к помехам и надежная связь.

Типы поляризации

1. Линейная поляризация

Линейная поляризация — это тип поляризации, при котором векторы электрической и магнитной интенсивностей электромагнитной волны колеблются только в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации. Вектор электрической интенсивности всегда перпендикулярен вектору магнитной интенсивности.

2. Круговая поляризация

Круговая поляризация — это тип поляризации, при котором векторы электрической и магнитной интенсивностей электромагнитной волны колеблются по окружности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

3. Эллиптическая поляризация

Эллиптическая поляризация — это тип поляризации, при котором векторы электрической и магнитной интенсивностей электромагнитной волны колеблются в плоскости, образующей эллипс. Форма эллипса определяется соотношением амплитуд и начальной фазы этих колебаний.

4. Неполяризованная волна

Неполяризованная волна — это волна, у которой направление колебаний электрического и магнитного векторов изменяется случайным образом с течением времени. Такая волна может быть представлена как суперпозиция линейно поляризованных волн различных направлений.

5. Поляризация света

Поляризация света — это явление, при котором направление колебаний электрического вектора световой волны ограничено некоторой плоскостью и/или вектор световой волны описывает геометрическую фигуру (линию, окружность, эллипс и др.).

Таблица типов поляризации
Тип поляризации
Описание

Линейная поляризация
Векторы электрической и магнитной интенсивностей колеблются только в одной плоскости

Круговая поляризация
Векторы электрической и магнитной интенсивностей колеблются по окружности

Эллиптическая поляризация
Векторы электрической и магнитной интенсивностей колеблются по эллипсу

Неполяризованная волна
Направление колебаний электрического и магнитного векторов изменяется случайным образом

Поляризация света
Направление колебаний электрического вектора ограничено некоторой плоскостью и/или вектор световой волны описывает геометрическую фигуру

Поляризация: круговая и линейная

Есть два вида антенн, в зависимости от поляризации сигнала:

антенны с линейной поляризацией
антенны с круговой поляризацией

Антенны с круговой поляризацией — стандартный апгрейд для большинства FPV оборудования, причин несколько: во-первых, антенны с линейной поляризацией очень чувствительны к переотражениям сигнала; во-вторых, для нормальной работы они должны быть расположены параллельно друг другу. Учтите, что взаимное положение антенн приемника и передатчика постоянно меняется, т.к. коптер обычно активно маневрирует.

Следовательно, в общем и целом, для коптеров лучше всего подходят антенны с круговой поляризацией. Несмотря на все недостатки, связанные с качеством сигнала, пилоты иногда выбирают антенны с линейной поляризацией, т.к. они меньше по размерам, легче и более прочные.

LHCP и RHCP (правая и левая поляризация)

Антенны с круговой поляризацией бывают двух видов: левая (LHCP) и правая (RHCP). Они очень слабо влияют друг на друга, т.е. если один пилот использует LHCP антенну, а другой RHCP, то очень маловероятно, что они будут мешать друг другу.

Пилотам, часто летающим в группах лучше всего иметь по паре антенн с левой и правой поляризацией, тогда для гонки вы сможете поставить наиболее подходящую

Тем, кто часто летает по одиночке, это не так важно, просто купить RHCP, т.к. они более распространены

Диполь

Практически все видеопередатчики и приемники поставляются с диполями. Они легкие и довольно устойчивы к повреждениям.

Дизайн диполя очень простой. По сути это монополь с заземленной гильзой под активным элементом. Эта гильза может значительно улучшить характеристики антенны.

Клевер

Трех- или четырехлепестковые клевера — это самые часто используемые антенны на миниквадриках.

Как и диполи, это ненаправленные антенны. Но у них круговая поляризация, что дает более чистый сигнал и большую устойчивость к переотраженным сигналам, поэтому можно летать около стен, деревьев и т.д., а качество видео будет лучше, чем при использовании диполей.

Однако, они довольно хрупкие, поэтому часто бывают в корпусах, из-за внешнего вида иногда их называют «mushroom antenna» — антенна — гриб.

Пагода (Pagoda)

Пагода — довольно новый тип антенн (стал популярным в конце 2016 года). Это ненаправленная антенна с круговой поляризацией. Уникальный дизайн и используемый материал (текстолит) делает её очень прочной.

Хеликс (Helical)

Хеликс имеет форму пружины, это направленная антенна с круговой поляризацией. Число витков определяет коэффициент усиления антенны. Более .

Патч (Patch)

Патчи — это тоже направленные антенны, они бывают как с линейной, так и с круговой поляризацией. По сравнению с хеликсом, у них более широкий луч, но меньший размер.

История изменений

Октябрь 2013 — написана первая версия
Май 2017 — статья обновлена

Круговой поляризации соответствует постоянная величина эдс независимо от угла поворота антенны.

Оптическая схема для измерения КД. Излучение входит слева, отклоняется вниз зеркалами М и М, плоско поляризуется составной призмой Р и проходит через параллелепипед Френеля R, где подвергается двум внутренним отражениям, что приводит к сдвигу по фазе на четверть длины волны, т. е. к круговой поляризации. С помощью экрана А устраняется нежелательное излучение и пропускается нужное. Всю эту схему целиком помещают в кюветное отделение стандартных спектрофотометров, вторая схема (с противоположной ориентацией нужна для сравнения. Пробу помещают в точку b при измерении КД или в точку а при изучении пропускания плоскополяризованного излучения.

Круговую поляризацию проводят в две ступени. Сначала поток излучения нужно сделать плоскополяризованным, а затем поляризованный поток пропустить через устройство, которое разлагает его на компоненты с правой и левой круговой поляризацией. Затем одну из компонент следует сдвинуть по фазе на одну четверть длины волны

Наиболее важное значение имеют три типа устройств для круговой поляризации: параллелепипед Френеля, электрооптический модулятор Покельса и фотоупругий модулятор.

Круговую поляризацию, а отраженная волна — круговую поляризацию противоположного знака, что обусловлено изменением направления ее распространения на противоположное при прежнем направлении вращения вектора Е в пространстве.

Круговую поляризацию можно получить, пропустив линейно поляризованный свет через пластинку в четверть волны так, чтобы плоскость поляризации падающего луча составляла угол 45 с главными направлениями в пластинке. Поэтому различают левую и правую эллиптическую (круговую) поляризацию.

Волна круговой поляризации может быть определена как такое излучение, при котором вектор электрического поля постоянной амплитуды вращается вокруг направления распространения, делая один оборот за период частоты колебаний.

Направление круговой поляризации можно изменить на обратное, меняя на 90 поляризацию падающего света.

Перевод круговой поляризации в линейную достигается введением при помощи какого-либо устройства дополнительной разности фаз б л / 2 двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Обычно для этой цели используется пластинка в четверть длины волны (см. гл. Призма Френеля фактически также служит устройством, обеспечивающим введение дополнительной разности фаз двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Такой способ обладает тем преимуществом, что достигаемый сдвиг по фазе мало зависит от длины волны падающего света.

При круговой поляризации длина вектора не меняется. Наиболее распространенными видами поляризации являются вертикальная и горизонтальная.

Волна круговой поляризации падает на антенну круговой поляризации.

Антенна круговой поляризации может, конечно, применяться и для приема линейно поляризованных волн, так же как и линейно поляризованная антенна для приема волн круговой поляризации.

Возбудитель круговой поляризации представляет собой отрезок прямоугольного волновода, на широкой стенке которого закреплен круглый волновод, связанный с ним тремя щелями связи. Расположение щелей рассчитано так, что обеспечивается возбуждение прямой и обратной волн круговой поляризации независимо от частоты во всем рабочем диапазоне частот прибора. На широкой стенке имеется зонд связи с переходом на коаксиальный разъем.

Демонстрация поляризации волн: шнур от ротора перед щелью колеблется по кругу, а за щелью до точки закрепления — линейно

Поляриза́ция волн
— характеристика поперечных волн , описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Поляризация искусственного и естественного света

В большинстве своем свет, который мы видим вокруг себя является неполяризованным.

Линейно поляризованный свет исходит от лазерных источников.

При отражении или рассеянии свет может стать поляризованным. Например, голубой свет от неба полностью или частично поляризован.

Определение

Частичная поляризация света – это нестабильное соотношение между составляющими света, которые могут изменяться во времени, зависят от величин световой оси.

Но свет, который излучают естественные или искусственные источники, например, солнечный свет, излучение ламп накаливания, вектор напряженности колеблется в разных направлениях, такой свет является неполяризованным. Свет, исходящий от такого рода источников, состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, они обладают разной ориентацией светового вектора \ в волнах, которые они излучают. Поэтому в результирующей волне вектор во времени хаотично изменяет свою ориентацию, в результате получаются в среднем равноправные направления колебаний.

Естественный свет — это другое название неполяризованного света.

Степень поляризации естественного света будет зависеть от угла падения и материала отраженных поверхностей.

Вектор \ может быть спроецирован на 2 плоскости, которые взаимно перпендикулярны, в любой момент времени.

Рис. 7. Разложение вектора \ по осям

Это означает, что поляризованную и неполяризованную волну можно представить как суперпозицию двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: \.

При этом в поляризованной волне обе составляющие Ex (t) и Ey (t) когерентны, то есть разность фаз между Ex (t) и Ey (t) постоянна, а в неполяризованной волне составляющие Ex (t) и Ey (t) – некогерентные, то есть разность представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света можно объяснить тем, что во многих кристаллических веществах показатели преломления волн различны, при этом они линейно поляризованы, а плоскости взаимно перпендикулярны.

Это объясняет тот факт, что кристалл исландского шпата раздваивает проходящие через него лучи (РИСУНОК 1). На выходе из кристалла два луча линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Анизотропные кристаллы — это материалы, в которых происходит двойное лучепреломление.

С помощью разложения вектора \ на составляющие по осям можно разъяснить закон Малюса (РИСУНОК 2).

Определение

Дихроизма — это явление, которое заключается в различной степени поглощении веществом света в зависимости от его поляризации. У большей части кристаллов поглощение света напрямую зависит от направления электрического вектора в световой волне.

Этой особенностью обладают пластины турмалина, которые использовал Малюс в своих опытах. Имея определенную толщину пластина турмалина почти полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (например, Ex) и частично пропускает вторую волну (Ey).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне называется разрешенным направлением пластины.

Пластину турмалина можно применить для получения поляризованного света, тогда она выступает в роли поляризатора, или для анализа поляризации света, тогда она является анализатором.

В настоящее время активно используются искусственные дихроичные пленки — поляроиды. Они почти целиком пропускают волну разрешенной поляризации, но не пропускают волну, поляризованную в перпендикулярной плоскости. Приходим к выводу, что поляроиды — это идеально подходящие поляризационные фильтры.

На рисунке 8 представлено прохождение естественного света через два идеальных поляроида П1 и П2, при этом разрешенные направления их повернуты друг относительно друга на некоторый угол φ.

Первый поляроид является катализатором, он превращает естественный свет в линейно поляризованный.

Второй поляроид в данной паре выступает в роли анализатора, служит для анализа характера поляризации, падающего на него света.

Рис 8. Прохождение естественного света через два идеальных поляроида, где yy’– разрешенные направления поляроидов

Амплитуду линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид можно обозначить в виде \[E_{0}=\sqrt{I_{0} / 2}\], это приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна будет иметь амплитуду E = E cos φ.

Получаем, что интенсивность поляризации света I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида будет записана следующим образом: \.

Это доказывает, что в электромагнитной теории света, закон Малюса можно объяснить путем разложения вектора \ на составляющие.

Рис. 9. Модель поляризации света Рис. 10. Модель закона Этьена Малюса

Определение поляризации света

В результате распространения волн в среде происходят . вспомните пройденное. следующие явления:

а) колебательное движение частиц среды, в которой распространяется волна: частицы среды совершают только колебания около положения равновесия, и в волне не происходит перенос вещества;
б) взаимодействие частиц среды с соседними частицами: в результате взаимодействия частиц среды происходит перенос энергии.

Поперечная волна — это волна, колебания частиц среды в которой происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечные волны могут распространяться в твердых средах и на поверхности жидкостей. Поперечные волны распространяются в среде в виде выпуклостей и впадин.

Свет, отраженный от белого снега зимой, и свет фар встречных автомобилей ночью беспокоят водителей (а) и иногда становятся причиной дорожно-транспортных происшествий. Водителям рекомендуют в таких ситуациях пользоваться поляроидными очками, которые обеспечивают нормальное видение предметов вокруг (b).

Одним из важнейших результатов теории Максвелла стало го, что свет является поперечной электромагнитной волной. Согласно этой теории, свет, являясь электромагнитной волной, представляет собой распространение в пространстве колебаний векторов напряженности электрического и индукции магнитного полей (). Эти колебания происходят по всем направлениям в плоскостях, перпендикулярных друг другу и направлению скорости распространения (е). Например, белый свет, излучаемый Солнцем, является естественной световой волной.

Явления интерференции и дифракции наблюдаются и в продольных, и в поперечных волнах, поэтому с их помощью невозможно определить поперечность световых волн. Однако существует другое оптическое явление, с помощью которого это можно подтвердить. Это явление поляризации света.

Поляризованный свет — часть естественного света, отделенная от него специальным приспособлением, в которой колебания вектора происходят в определенной плоскости (см. е).

Одним из таких приспособлений, поляризующих свет, является кристалл турмалина. Один из опытов, проведенных с помощью кристаллов турмалина, заключается в следующем: на пластину турмалина направляют перпендикулярный луч белого света. На первый взгляд кажется, что прошедший через него свет не изменяется. Но на самом деле кристалл турмалина пропускает свет, в котором вектор колеблется только в одной определенной плоскости М (см. е). Значит, через пластину турмалина проходит плоскополяризованный свет. Такая пластина называется поляроидом. Чтобы проверить, действительно ли поляризован свет, перед прошедшим через поляроид свет ставят вторую такую же пластину — анализатор.

Становится понятно, что свет полностью проходит сквозь обе пластины, когда оси 00′ поляроида и анализатора параллельны (f). При изменениях угла между осями пластин в пределах наблюдается уменьшение интенсивности проходящего сквозь них света — частичное прохождение света. Но когда оси 00′ перпендикулярны друг другу, свет не проходит сквозь анализатор (g).

Рекомендую подробно изучить предметы:

Физика
Атомная физика
Ядерная физика
Квантовая физика
Молекулярная физика

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

Линзы в физике
Глаз как оптическая система
Звук в физике и его характеристики
Звуковые и ультразвуковые колебания
Интерференция света
Дифракция света
Принцип Гюйгенса — Френеля
Прохождение света через плоскопараллельные пластинки и призмы