En electrodinámica , la polarización elíptica es la polarización de la radiación electromagnética de manera que la punta del vector de campo eléctrico describe una elipse en cualquier plano fijo que se interseca y es normal a la dirección de propagación. Una onda polarizada elípticamente se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente en cuadratura de fase , con sus planos de polarización en ángulos rectos entre sí. Dado que el campo eléctrico puede girar en sentido horario o antihorario a medida que se propaga, las ondas polarizadas elípticamente exhiben quiralidad .
Otras formas de polarización, como la polarización circular y lineal , pueden considerarse casos especiales de polarización elíptica.
Descripción matemática
La solución de onda plana sinusoidal clásica de la ecuación de onda electromagnética para los campos eléctricos y magnéticos es ( unidades gaussianas )
para el campo magnético, donde k es el número de onda ,
es la frecuencia angular de la onda que se propaga en la dirección + z, yes la velocidad de la luz .
Aquí es la amplitud del campo y
es el vector de Jones normalizado . Esta es la representación más completa de la radiación electromagnética polarizada y corresponde en general a la polarización elíptica.
Elipse de polarización
En un punto fijo en el espacio (o para z fijo), el vector eléctrico traza una elipse en el plano xy. Los ejes semi-mayor y semi-menor de la elipse tienen longitudes A y B, respectivamente, que están dadas por
y
- ,
dónde . La orientación de la elipse viene dada por el ánguloel semi-eje mayor se hace con el eje x. Este ángulo se puede calcular a partir de
- .
Si , la onda está polarizada linealmente . La elipse se colapsa a una línea recta.) orientado en ángulo . Este es el caso de la superposición de dos movimientos armónicos simples (en fase), uno en la dirección x con una amplitud, y el otro en la dirección y con una amplitud . Cuándoaumenta desde cero, es decir, asume valores positivos, la línea evoluciona hacia una elipse que se traza en la dirección contraria a las agujas del reloj (mirando en la dirección de la onda que se propaga); esto corresponde entonces a la polarización elíptica para zurdos ; el semieje mayor ahora está orientado en un ángulo. Del mismo modo, sise vuelve negativo desde cero, la línea evoluciona a una elipse que se traza en el sentido de las agujas del reloj; esto corresponde a la polarización elíptica para diestros .
Si y , , es decir, la onda está polarizada circularmente . Cuándo, la onda está polarizada circularmente a la izquierda, y cuando , la onda está polarizada circularmente a la derecha.
Parametrización
Cualquier polarización fija se puede describir en términos de la forma y orientación de la elipse de polarización, que se define mediante dos parámetros: relación axial AR y ángulo de inclinación. . La relación axial es la relación de las longitudes de los ejes mayor y menor de la elipse, y siempre es mayor o igual a uno.
Alternativamente, la polarización se puede representar como un punto en la superficie de la esfera de Poincaré , concomo la longitud ycomo la latitud , donde. El signo utilizado en el argumento de ladepende de la lateralidad de la polarización. Positivo indica polarización de la mano izquierda, mientras que negativo indica polarización de la mano derecha, según lo define IEEE.
Para el caso especial de polarización circular , la relación axial es igual a 1 (o 0 dB) y el ángulo de inclinación no está definido. Para el caso especial de polarización lineal , la relación axial es infinita.
En naturaleza
La luz reflejada de algunos escarabajos (por ejemplo, Cetonia aurata ) tiene una polarización elíptica. [1]
Ver también
Referencias
- Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )
- ^ Arwin, Hans; Magnusson, Roger; Landin, Jan; Järrendahl, Kenneth (21 de abril de 2012). "Efectos de polarización inducida por quiralidad en la cutícula de los escarabajos: 100 años después de Michelson" . Revista Filosófica . 92 (12): 1583-1599. Código Bibliográfico : 2012PMag ... 92.1583A . doi : 10.1080 / 14786435.2011.648228 .
- Henri Poincaré (1889) Théorie Mathématique de la Lumière, volumen 1 y volumen 2 (1892) a través de Internet Archive .
- H. Poincaré (1901) Électricité et Optique: La Lumière et les Théories Électrodynamiques , vía Internet Archive
enlaces externos
- Animación de polarización elíptica (en YouTube)
- Comparación de la polarización elíptica con polarizaciones lineales y circulares (animación de YouTube)