Явление поляризации света. Закон малюса.
Электромагнитную волну, в которой векторы Е и, следовательно, векторы Н лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной.
Плоскость, проходящая через электрический вектор Е в направлении 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
хаотически ориентированных 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. 8 показаны в
некоторый момент времени сечение луча
О и проекции векторов Е на
плоскость, перпендикулярную лучу.
Если выбрать две любые взаимно перпендикулярные плоскости, проходящие через луч естественного света, и спроецировать векторы Е на 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 черточек и точек (рис. 9, а). Таким образом, прямая с черточками (рис. 9, б) или точками (рис. 9, в) обозначает луч плоскополяризовапного света.
Л
уч
света, состоящего из естественной и
поляризованной составляющих и называемого
частично
поляризованным,
условно показан на рис. 9, г, д, причем
соотношение числа черточек и точек
отражает 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 и соответственно Н на некоторую плоскость – главною плоскость поляризатора.
При этом через поляризатор проходит поляризованный свет, интенсивность которого равна половине интенсивности падающего 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 плосконоляризованный свет с амплитудой электрического вектора Ео падает на анализатор, то он пропустит только некоторую составляющую, равную
где – угол между главными плоскостями поляризатора Р и анализатора А. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то получаем
,
где
– интенсивность плоскополяризованного
света, падающего на анализатор;
– интенсивность света, вышедшего из
анализатора. Уравнение выражает закон
Малюса.
Как видно из закона Малюса, при повороте анализатора относительно луча падающего плоскополяризованного света интенсивность вышедшего света изменяется от нуля до . Если при повороте анализатора относительно падающего луча как оси вращения интенсивность прошедшего света не изменяется, то свет может быть естественным; если при этом интенсивность изменяется, 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.