В чем разница между горизонтально/вертикально поляризованным светом и s/p поляризованным светом?

Я в основном повторяю здесь комментарий Питера Дира, но в качестве ответа.

Поляризация H и V обычно относится к некоторой произвольной системе отсчета. Эта система отсчета обычно определяется направлением силы тяжести (назовем это$\hat{z}$направление). Если свет распространяется «горизонтально» (имеется в виду перпендикулярно направлению силы тяжести, например, в$\hat{y}$направление), то мы можем говорить о горизонтально и вертикально поляризованном свете. Для вертикально поляризованного света электрическое поле параллельно направлению силы тяжести, поэтому оно находится в$\hat{z}$направление. Для горизонтально поляризованного света электрическое поле перпендикулярно направлению силы тяжести, т.$\hat{x}$направление. Обратите внимание, что в обоих случаях электрическое поле перпендикулярно направлению распространения света.

Это определение горизонтальной и вертикальной поляризации также имеет смысл для света, движущегося с некоторыми разумными угловыми отклонениями от горизонтальной плоскости. Мы можем говорить о поляризациях, которые в большинстве случаев не имеют компонентов в$\hat{z}$направление, горизонтальные поляризации и поляризации, которые в основном имеют компоненты в$\hat{z}$, вертикальные поляризации.

Однако представьте себе луч, идущий прямо вверх от земли в$\hat{z}$направление. В этом случае поляризация лежит в$\hat{x}$,$\hat{y}$самолет. Мне не имеет смысла называть любую из этих поляризаций вертикальной. Скорее, нам было бы лучше назвать их, например, поляризованными «Восток-Запад» и «Север-Юг». Ключевым моментом здесь является геометрическая и координатно-зависимая природа того, как мы называем поляризацию.

s и p поляризации отличаются от горизонтальной и вертикальной поляризаций. Как описано выше, горизонталь и вертикаль обычно относятся к направлению электрического поля по отношению к силе тяжести. вместо этого поляризации s и p определяются относительно системы отсчета, которая связана с поверхностью, с которой взаимодействует свет. Поверхность может быть ориентирована в произвольном направлении по отношению к гравитации, поэтому мы видим, что s и p не связаны с горизонтальной и вертикальной поляризацией.

s и p определяются относительно плоскости падения, как описано в статье Википедии . Плоскость падения определяется двумя векторами. Один вектор — это вектор нормали к поверхности (вектор, указывающий за пределы поверхности). Другой вектор — это направление распространения рассматриваемого света. Часто эти два вектора не параллельны и поэтому описывают плоскость*. Эта плоскость называется плоскостью падения.

p-поляризованный свет — это свет, в котором вектор электрического поля лежит в этой плоскости падения. s-поляризованный свет — это свет, в котором вектор электрического поля перпендикулярен этой плоскости падения. Если вы подумаете об этом с точки зрения поверхности материала, вы увидите, что вектор электрического поля либо выпирает, либо выходит из поверхности материала для p-поляризованного света, в то время как он «лежит ровно» в плоскости поверхности материала.

Если электрическое поле падает прямо на поверхность, направление распространения и нормаль к поверхности параллельны, поэтому мы не можем определить плоскость падения. В этом случае все поляризации «ложатся плоско» в плоскости поверхности материала, так что все поляризации как бы «s-поляризованы». Это сравнимо со случаем, когда свет двигался прямо вверх против гравитации, и все поляризации выглядели как горизонтальные поляризации, поэтому больше не имело смысла говорить о горизонтальной и вертикальной поляризации света. В этом случае мы должны ввести новую другую систему отсчета, если хотим говорить о поляризации светового поля.

Наконец-то объединить все эти понятия. Мы видим, что горизонтальная и вертикальная поляризация относятся к направлению поляризации по сравнению с направлением силы тяжести, а s и p-поляризация относятся к направлению поляризации по сравнению с плоскостью падения. Если нормаль к поверхности указывает либо в направлении силы тяжести (как следует из рисунка на OP), либо перпендикулярно направлению силы тяжести (поверхность, которая вертикальна, как зеркало в туалете), тогда существует связь между s и p-поляризованный и горизонтально и вертикально (h и v) поляризованный свет.

Для поверхности с нормалью к поверхности, направленной в направлении силы тяжести, мы можем видеть, что:

p-поляризованный ~ v-поляризованный

s-поляризованный = h-поляризованный

Я поставил тильду в сравнении p и v, потому что для углов скольжения (где свет распространяется почти горизонтально, большой угол падения) имеет смысл говорить о вертикально поляризованном свете, но если свет распространяется все более и более перпендикулярно поверхности (меньшие углы падения) все меньше смысла говорить о вертикально поляризованном свете.

Для вертикально установленной поверхности (например, зеркала в туалете) со светом, движущимся перпендикулярно силе тяжести, мы имеем:

p-поляризованный = h-поляризованный

s-поляризованный = v-поляризованный

Для вертикально установленной поверхности со светом, движущимся с компонентом, в основном в направлении силы тяжести, мы имеем:

p-поляризованный ~ v-поляризованный

s-поляризованный = h-поляризованный

Примечание относительно бликов, солнцезащитных очков и угла Брюстера: вы указали, что неполяризованный свет, падающий под (или около) углом Брюстера, будет отфильтрован и (в основном) s-поляризован при отражении. Если рассматриваемая поверхность горизонтальна (например, асфальт на дороге или стоячая вода), то мы знаем, что s-поляризованный свет является h-поляризованным светом. Таким образом, если мы хотим отфильтровать это, например, с помощью солнцезащитных очков, мы должны заставить солнцезащитные очки устранять h-поляризованный свет. Поляризационные солнцезащитные очки предназначены для устранения h-поляризованного света, когда пользователь стоит прямо и держит голову обычным образом. Однако если они наклонят голову, то их солнцезащитные очки теперь будут пропускать больше света с поляризацией h и света с поляризацией v. Угол солнцезащитных очков определяет новую систему координат. Также обратите внимание, что если поверхность ориентирована вертикально (например, заднее стекло автомобиля перед вами), то, поскольку солнечный свет обычно падает сверху, отраженный свет с s-поляризацией снова будет в основном горизонтально поляризованным. Это означает, что в целом поляризационные солнцезащитные очки хороши и уменьшают блики от всех видов объектов, если солнечный свет падает сверху. Однако во время восхода и заката солнце находится ниже в небе, поэтому отраженный s-поляризованный свет теперь может иметь большие компоненты в вертикальном направлении, поэтому солнцезащитные очки не будут работать так же эффективно. Это означает, что в целом поляризационные солнцезащитные очки хороши и уменьшают блики от всех видов объектов, если солнечный свет падает сверху. Однако во время восхода и заката солнце находится ниже в небе, поэтому отраженный s-поляризованный свет теперь может иметь большие компоненты в вертикальном направлении, поэтому солнцезащитные очки не будут работать так же эффективно. Это означает, что в целом поляризационные солнцезащитные очки хороши и уменьшают блики от всех видов объектов, если солнечный свет падает сверху. Однако во время восхода и заката солнце находится ниже в небе, поэтому отраженный s-поляризованный свет теперь может иметь большие компоненты в вертикальном направлении, поэтому солнцезащитные очки не будут работать так же эффективно.

* Однако для случая света, который падает прямо на материальную поверхность, два вектора параллельны, и плоскость не определена. Я скоро обсужу этот случай.