4.1. Естественный и поляризованный свет.
Явление
поляризации света
состоит в упорядочении ориентации
векторов напряженностей
электрического и
магнитного
полей световой волны в плоскости,
перпендикулярной световому лучу.
Поляризация света – одно из явлений,
где очень наглядно проявляются его
волновые свойства. Отметим, что только
это явление подтверждает поперечность
световых, а значит, и любых других
электромагнитных волн.
В
естественном
свете,
который испускают обычные источники,
направления колебаний векторов
и
в каждой заданной точке луча зависят
от времени, т.е. совершаются в разных
направлениях, перпендикулярных лучу.
Колебания с различными направлениями
векторов
достаточно быстро (за время ~10-8
с) и беспорядочно сменяют друг друга
(рис. 4.1.1).
С
вет,
в котором направления колебаний векторов
и
электромагнитной волны упорядочены
каким-либо образом, называется
поляризованным.
Если колебания светового
вектора
(вектора
)
происходят только в одной, проходящей
через луч плоскости, то свет называется
плоско-
или линейно-поляризованным
(рис. 4.1.2).
Возможны
и другие виды п
оляризации
света. Например, упорядоченность
ориентации векторов поля волны может
заключаться в том, что вектор
поворачивается вокруг луча (в определенном
направлении) и его конец описывает в
пространстве эллипс. Такой свет называется
поляризованным
по эллипсу
или эллиптически-поляризованным
(рис. 4.1.3).
Е
сли
конец вектора
описывает окружность, свет называется
поляризованным
по кругу
или циркулярно-поляризованным
(рис. 4.1.4). Возможны два типа круговой
и эллиптической поляризации: правая
и левая поляризации.
Если смотреть на луч света то, при правой
поляризации вращение
происходит по часовой стрелке, при левой
– против часовой стрелки (рис. 4.1.5).
Линейно- и циркулярно-поляризованный свет представляет собой частные случаи эллиптически поляризованного света. Так как колебания любого вектора можно представить как сумму колебаний двух взаимно перпендикулярных векторов1 одинаковой частоты w, но с разной фазой d:
,
(4.1.1)
и
.
(4.1.2)
Если
и
,
то направление суммарного колебания
будет изменяться по кругу, причем вектор
вращается по ходу часовой стрелки при
четном n
и против часовой стрелки при нечетном
n.
Если
,
то направление суммарного колебания
будет лежать в плоскости.
В других случаях получается, что направление суммарного колебания будет изменяться по эллипсу.
Также существует частично-поляризованный свет. В нем присутствуют всевозможные направления колебаний вектора , но разной амплитуды. Частично-поляризованный свет, как и естественный, можно представить в виде наложения двух некогерентных плоско-поляризованных волн с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, но разными по интенсивности (Imax и Imin). Частично поляризованный свет также можно представить как сумму естественного и линейно поляризованного света. Частично-поляризованный свет характеризуют степенью поляризации Р, которую определяют как:
,
(4.1.3)
где
– интенсивность поляризованной
составляющей;
– полная интенсивность частично-поляризованного
света.
Для плоско-поляризованного света степень поляризации Р = 1, для естественного света – Р = 0. Для эллиптически-поляризованного и циркулярно-поляризованного света понятие «степень поляризации», а значит и формула (4.1.3), не применимы.