1. Поляризация света. Закон малюса. Поляризатор и анализатор

Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны, включая световые, являются поперечными: векторы напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны. Обычно при описании электромагнитных волн используют вектор напряженности электрического поля.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора (а, следовательно, и ), называется естественным (рис.18. 1а).

Рис. 18. 1

Свет, в котором направления колебаний светового вектора упорядочены, называется поляризованным.

Если в результате внешних воздействий появляется преимущественное, но не исключительное, направление колебаний , то имеют дело с частично поляризованным светом (рис.18. 1б).

Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскополяризованным (линейно поляризованным, рис 1в).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации.

Эллиптически поляризованный свет – свет, для которого вектор (вектор ) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу.

Если эллипс поляризации вырождается в прямую, (при разности фаз, равной или 0), то имеем дело с плоскополяризованным светом, если в окружность (при разности фаз, равной и равенстве амплитуд складываемых сигналов), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.

Степенью поляризации называется величина

(18.1)

и , соответственно, максимальная и минимальная интенсивность частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.

Для естественного света: и .

Для плоскополяризованного света: и .

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, применяя поляризаторы. В качестве поляризатора могут быть использованы анизотропные среды, например, кристаллы турмалина.

Пусть естественный свет падает перпендикулярно пластинке турмалина Т1, вырезанной параллельно оптической оси ОО’(рис.18.2). При вращении кристалла Т1 вокруг направления луча изменений интенсивности прошедшего через пластинку света не наблюдается. Если на пути луча разместить вторую пластинку Т2, и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинку, меняется в зависимости от угла между оптическими осями кристаллов по закону Малюса

, (18.2)

и - соответственно, интенсивности света, попадающего на второй кристалл, и вышедшего из него.

Рис. 18. 2

Интенсивность прошедшего через пластинку света изменяется от минимума (при ) до максимума (при ) (оптические оси пластинок параллельны).

Пластинка Т1, преобразующая естественный свет в плоскополяризованный, является поляризатором. Пластинка Т2, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы.

Если естественный свет пропустить через 2 поляризатора, главные плоскости которых образуют угол , то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого , из второго, согласно выражению (18.2), выйдет свет интенсивностью . Интенсивность света, прошедшего два поляризатора, определяется

(18.3)

откуда (поляризаторы параллельны) и (поляризаторы скрещены).

59.