Тема 10. Поляризация света

Вопрос 33. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса.

Электромагнитную волну, в которой векторы Е и, следовательно, векторы В лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной.

Плоскость, проходящая через электрический вектор Е и направление распространения электромагнитной волны, является плоскостью поляризации.

П лоскополяризованную волну излучает отдельный атом. В естественном свете, идущем от Солнца, накаленной нити лампы, газоразрядной трубки, пламени и т. п., складываются неупорядоченные излучения множества атомов, поэтому направление Е не выдерживается в одной плоскости. Такой свет можно рассматривать как наложение плоскополяризованных волн с хаотической ориентацией плоскостей колебаний, электрические векторы ориентированы по всевозможным перпендикулярным лучу направле­ниям. На рис. показаны в некоторый момент времени сечение луча О и хаотическая ориентация векторов Е в плоскости, перпендикулярной лучу.

Если выбрать две любые взаимно пер­пендикулярные плоскости, проходящие через луч естественного света, и спроецировать векторы Е на эти плоскости, то в среднем эти проекции будут одинаковыми. Поэтому луч естественного света Удобно изображать как прямую, на которой расположено одинаковое число тех и других проекций в виде стрелок и то чек (рис. а). Таким образом, прямая с черточками (рис. б) или точками (рис. в) обозначает луч плоскополяризованного света.

Л уч света, состоящего из неполяризованной и поляризованной составляющих и называемого частично поляризованным, условно показан на рис. г, д, причем соотношение числа стрелок и точек условно иллюстрирует степень поляризации, т. е. долю интенсивности поляризованной составляющей относитель­но полной интенсивности света.

Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Он пропускает толь­ко составляющую вектора Е на некоторую плоскость — главную плоскость поляризатора, которая содержит световой вектор Е и направление распространения света. При этом из поляризатора выходит поляризованный свет, интенсивность которого рав­на половине интенсивности падающего естественного (неполяризо-ванного) света. При вращении поляризатора относительно луча естественного света поворачивается плоскость колебаний вышедше­го плоскополяризованного света, но интенсивность его не изменяет­ся. Поляризатор можно использовать для анализа поляризованного света, тогда его называют анализатором.

Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора Е₀ падает на анализатор, то он пропустит только со­ставляющую, равную

где φ — угол между главными плоскостями поляризатора Р и анализатора А (см. рис.).

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то получаем

где I₀ — интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, I — интенсивность света, вышедшего из анализа­тора. Данное уравнение выражает закон Малюса. Как видно из закона Малюса, при повороте анализатора относительно луча падающего плоскополяризованного света интенсивность вышедшего света изменяется от нуля до I₀. Если при по­вороте анализатора вокруг падающего луча как оси вращения интенсивность прошедшего света не изменяется, то свет может быть естественным; если при этом интенсивность изменяется по закону Малюса, то падающий свет — плоскополяризованный.

Термин «поляризация света» имеет два смысла. Во-первых, под этим понимают свойство света, характеризующееся пространственно-временной упорядоченностью ориентации электрического и магнитного векторов. Во-вторых, поляризацией света называют процесс получения поляризованного света.