So, inthelastvideo, I introducedmystaircaseplanforexplainingspinors, whichstartswiththesimplestexplanationsatthebottomandendswiththemostcomplicatedexplanationsatthetop.
Soifanelectromagneticwaveistravelinginthe z direction, thewavecanoscillateinthe x-y planeperpendiculartothedirectionoftravel, butthewavecannotoscillateinthe z direction, paralleltothedirectionoftravel.
是以,如果電磁波沿 z 方向傳播,電磁波可以在垂直於傳播方向的 x-y 平面上振盪,但電磁波不能在與傳播方向平行的 z 方向上振盪。
Thepolarizationof a givenelectromagneticwaveisthegeometricorientationofthewave.
特定電磁波的偏振是指電磁波的幾何方向。
Weonlyusetheelectricfield E todefinethepolarizationofanelectromagneticwave, soweignorethemagneticfieldwhentalkingaboutpolarization.
我們只用電場 E 來定義電磁波的極化,是以在討論極化時,我們忽略了磁場。
Let's lookatanelectromagneticwavepropagatinginthe z direction.
讓我們來看看沿 Z 方向傳播的電磁波。
Again, herewe'relookingat a snapshotof a travelingwaveatoneinstantintime.
Youcanthinkofthisasindicatingthewave's startingvalueattheorigin z equalszerowhentime t equalszero.
您可以認為這表示當時間 t 等於零時,波在原點 z 處的起始值等於零。
Thisstartingvalueiscalled a phase, andchangingthephasevaluewillshiftthewavebackandforthalongtheaxisoftravel.
這個起始值被稱為相位,改變相位值將使波沿移動軸來回移動。
Applying a phaseshiftofnegativepiovertwoto a cosinewillshiftthewaveahead a quartercycle, whichisequivalentto a sinewave.
對餘弦波進行負 pi 超過 2 的相移,會使波浪向前移動四分之一個週期,相當於正弦波。
NowsomethingthatcanhelpusrepresentwavesisrememberingEuler's formula, whichtellsusthatwecanwrite e tothepoweroftheimaginary i timesthetaascosinethetaplus i timessinetheta.
歐拉公式告訴我們,我們可以把 e 的虛數 i 乘以 Theta 的冪寫成餘弦 Theta 加上 i 乘以正弦 Theta。
Thisis a usefulproperty, becauseifwehave e tothe i thetaandwewanttoaddsomeanglephitoit, allwedoisjustmultiplyby e tothe i timesphi, andusethestandardexponentrulestorewritethisas a singleexponentialwiththeexponentsadded.
這是一個非常有用的性質,因為如果我們有 e 到 i 的 theta,並想在其上添加某個角度 phi,我們只需用 e 到 i 乘以 phi,然後使用標準指數規則將其改寫為添加了指數的單指數。
IfwethenuseEuler's formulatoconvertbacktosineandcosine, weseethat a phasephihasbeenaddedinsidethesinusoidfunctions.
如果我們再用歐拉公式轉換回正弦和餘弦,就會發現正弦函數內部增加了一個相位 phi。
Nowelectromagneticwavesaredescribedbyrealnumbers.
現在,電磁波是用實數來描述的。
Butforconvenience, wecanpretendthatourEycomponentisactually a complexnumber, wheretherealpartofthiscomplexnumberistheactualelectricfieldweobserveinreallife, withtheimaginarypartbeingignored.
但為了方便起見,我們可以假定我們的 Ey 分量實際上是一個複數,這個複數的實部就是我們在現實生活中觀察到的實際電場,虛部被忽略。
ThismeansthefullEycomponentwouldhave a realpartwith a cosinewave, andwecaninventthefakeimaginaryparttobe a sinewave, sinceweignoreitanyway.
這意味著全 Ey 分量的實部將是餘弦波,我們可以把假的虛部編成正弦波,因為無論如何我們都會忽略它。
UsingEuler's formula, wecanwritethismorecompactlyas a complexexponential.
利用歐拉公式,我們可以更簡潔地將其寫成復指數。
Thisalsomeanswecanpullthephasephioutusingexponentrules, andwriteitas a multiplicativefactor, e tothe i phi.
As I saidbefore, ifwetakethisverticallypolarizedwaveandrotateit a quarterturn, weget a horizontallypolarizedwave.
正如我之前所說,如果我們把這個垂直極化波旋轉四分之一圈,就會得到一個水平極化波。
Inthiscase, thewaveonlyoscillatesinthe x direction, andsothe y and z componentsofthefieldarezero.
在這種情況下,波只在 x 方向上振盪,是以場的 y 和 z 分量為零。
Onceagain, thetrueelectricfieldisgivenby a cosine, butforconvenience, wecanwriteitas a complexexponential, withtheamplitudeandphasewrittenseparatelyinfront.
Wecanevengoonestepfurtherandignorethe z componentaltogether, sincewecanalwayschoosecoordinateswherethe z directionisthedirectionofwavepropagation.
我們甚至可以更進一步,完全忽略 Z 分量,因為我們總是可以選擇 Z 方向為波傳播方向的座標。
Andthereforethe z componentoftheelectricfieldwillalwaysbezero.
是以,電場的 Z 分量永遠為零。
Theresultingtwo-by-onecolumnofcomplexnumbersiscalled a Jonesvector, andittellsuseverythingweneedtoknowaboutthepolarizationof a givenwave.
由此得到的複數的二乘一列稱為瓊斯向量,它告訴了我們關於特定波的偏振的一切資訊。
Anylightwavepolarizationcanbewrittenas a linearcombinationof a horizontallypolarizedwaveand a verticallypolarizedwave, eachwithcomplexnumbersinfrontdenotingtheirrespectiveamplitudesandphases.
Ifwethinkof H as a vectoralongthe x-axisand V as a vectoralongthe y-axis, thisnewJonesvectorpointsdiagonallytotheupperright.
如果我們把 H 視為沿 x 軸的矢量,把 V 視為沿 y 軸的矢量,那麼這個新的瓊斯矢量就會斜指向右上方。
Thisiscalleddiagonalpolarization, denotedwith a capital D.
這就是所謂的對角極化,用大寫字母 D 表示。
Thisiswhatwewouldgetifwetook a horizontallypolarizedwaveandrotateditcounterclockwiseby 45 degrees.
如果我們將水準偏振波逆時針旋轉 45 度,就會得到這樣的結果。
Although, accordingtoPythagoras, theJonesvector H plus V hasanamplitudeofthesquarerootof 2, soweusuallydividethecomponentsbythesquarerootof 2 toforcetheamplitudeof D tobe 1.
不過,根據畢達哥拉斯定律,瓊斯矢量 H 加 V 的振幅是 2 的平方根,是以我們通常會將各分量除以 2 的平方根,以迫使 D 的振幅為 1。
It's alsopossibletosettheamplitudetoplus 1 for H andnegative 1 for V, andthisWecallthisanti-diagonalpolarization A.
也可以將振幅設置為正 1 表示 H,負 1 表示 V,我們稱之為反對角極化 A。
Thisiswhatwewouldgetifwetook a horizontallypolarizedwaveandrotateditclockwiseby 45 degrees.
Let's pretendwe'restuckattheposition z equals 0, andtheangularfrequencyofthewaveis 1, andwe'rewatchingthewavetravelaroundthexyplaneovertime.
假設我們停留在 z 等於 0 的位置,波的角頻率為 1,我們觀察波在 xy 平面上隨時間的變化。
Whatwouldthislooklike?
這看起來像什麼?
Wecancombinetheexponentials, thenuseEuler's formula, andthentaketherealparttoseethattheelectricfieldisgivenby a cosine, and a cosinewith a phasefactorof a quartercycle, whichisreallythesamethingas a negativesign.
Ifwerepeatthisprocessfromthestart, butinsteadgivingtheverticalpolarization a phaseofnegativepiover 2, weget a helixwavethatcorkscrewsintheoppositedirection, matchingourrighthandwhentherightthumbpointsinthedirectionofwavetravel.
如果我們從頭開始重複這個過程,但讓垂直極化的相位為負 pi 大於 2,我們就會得到一個螺旋波,它向相反的方向旋轉,當右手拇指指向波的傳播方向時,就會與我們的右手相吻合。
Sowecallthisrightcircularpolarized, denotedbycapital R.
是以,我們稱之為右圓極化,用大寫字母 R 表示。
Nowyou'llnoticeinthisvideo, I'vewrittenmytravelingwaveswith a positivetimetermand a negative z term.
現在你會注意到,在這段視頻中,我在寫行波時使用了正時間項和負 Z 項。
Sometextbooksusetheoppositesignconvention, with a positive z termand a negativetimeterm.
有些教科書使用相反的符號約定,即正的 Z 項和負的時間項。
Andas a result, theJonesvectorsforcircularlypolarizedwaveshaveoppositesignsontheSomakesureyouknowwhichsignconventionyou'reusingwhentalkingaboutcircularlypolarizedwaves.
是以,圓極化波的瓊斯矢量在圓極化面上的符號是相反的。
Sotosummarizethisvideo, weinitiallydiscoveredtheJonesvectors h and v, whichrepresenthorizontallyandverticallypolarizedtravelingwaves.
Ifyoufeelconfused, justusethestrategy I showedearlieroftaking z equalszeroandomegaequalsone, andpluggingindifferenttimevaluestoseehowthewavemovesaroundinthexyplane.
如果你感到困惑,只需使用我之前展示的策略,即取 z 等於零,ω 等於 1,然後輸入不同的時間值,看看波在 xy 平面上是如何移動的。
Theanswersarelinkedinthedescription.
答案鏈接在說明中。
So, inthelastvideo, I introducedmystaircaseplanforexplainingspinors, whichstartswiththesimplestexplanationsatthebottomandendswiththemostcomplicatedexplanationsatthetop.