Поляризация света и элементы кристаллооптики
Естественный и поляризованный свет
Электромагнитная волна является поперечной. Колебания вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля в электромагнитной волне происходят в перпендикулярных к направлению распространения волны плоскостях. Направление вектора напряженности электрического поля определяет тип поляризации световой волны.
Если колебания вектора происходят в одной плоскости, такая волна называется плоскополяризованной или линейнополяризованной (рис. 5.1). Плоскость, проходящая через вектор и направление распространения волны, называется плоскостью колебаний.
Если конец вектора в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, описывает эллипс или окружность, то свет соответственно называется эллиптически поляризованным или поляризованным по кругу.
Если конец вектора в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, совершает беспорядочные колебания, то есть плоскость колебаний постоянно и беспорядочно меняется, то свет называется естественным или неполяризованным.
Как правило, естественные источники света (солнце, пламя свечи, электрическая лампа) излучают именно такие, неполяризованные электромагнитные волны. Излучение таких источников представлено в каждый момент времени из световых волн от огромного числа независимо излучающих атомов с различной поляризацией. Каждый атом излучает плоскополяpизованные волны, но плоскости их колебаний никак не согласованы между собой. Поэтому в результирующей волне вектор напряженности электрического поля беспорядочно изменяет свою ориентацию во времени, так что в среднем все направления колебаний оказываются равноправными.
Наконец, можно создать частично поляризованный свет, в котором не все плоскости колебаний одинаково представлены, а имеется некоторое преимущественное направление колебаний вектора (рис. 5.4). Из рис. 5.4 видно, что вертикальные колебания соответствуют максимальной интенсивности , горизонтальные – минимальной . Частично поляризованный свет характеризуют степенью поляризации , которую определяют как
.
Для плоскополяризованного света ; для естественного света ; для эллиптически поляризованного света понятие «степень поляризации» неприменимо.
В каждый момент времени вектор может быть спроектирован на две взаимно перпендикулярные оси.
Это означает, что любую волну (поляризованную и неполяризованную) можно представить как суперпозицию двух плоскополяризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн. Но в поляризованной волне составляющие и когерентны, т.е. имеют постоянную разность фаз, а в неполяризованной – некогерентны, то есть разность фаз случайно меняется со временем.
Таким образом, естественный свет можно представить как наложение двух некогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую интенсивность. Такое представление намного упрощает рассмотрение прохождения света через поляризационные устройства.