Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Что такое дифракция?

2. Принцип Гюйгенса-Френеля.

3. Метод зон Френеля.

4. Дифракция Френеля на круглом отверстии.

5. Дифракция Френеля на круглом диске.

6. Дифракция Фраунгофера на одной щели.

7. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

8. Формула Вульфа-Бреггов.

Литературные источники:

1. Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. – М.: ACADEMIA, 2008.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов: в 3-х томах / И.В.Савельев. – СПб.: Спец. лит., 2005.

Лекция 38

6.4. Поляризация света

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Поляризационные приборы. Искусственная оптическая анизотропия. Интерференция плоскополяризованных лучей. Метод фотоупругости для исследования механических напряжений.

6.4.1. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса

Электромагнитные волны поперечны, т.е. вектры напряженности электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Элктромагнитная волна (свет), испускаемая отдельным центром излучения (атомом, молекулой, узлом кристаллической решетки), плоско (линейно) поляризована (вектор напряженности электрического

поля при распространении волны колеблется в одной и той же плоскости) и сохраняет состояние поляризации в течение 10^-8 с и меньше. В следующем акте излучения свет может обладать другим направлением поляризации. Обычно одновременно наблюдается излучение огромного числа атомов, различно ориентированных и меняющих ориентацию по законам статистики. Это излучение и является естественным светом.

Естественный свет – совокупность некогерентных световых волн со всеми возможными направлениями напряженности электромагнитного поля, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга. При этом все направления колебаний, перпендикулярных к световым лучам, равновероятны, т.е. естественный свет обладает осевой симметрией относительно направления распространения.

Поляризация света – физическая характеристика оптического излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, т.е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора (вектора ) каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, то свет называют плоскополяризованным (линейно поляризованным). Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным.

Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний электрического вектора линейно поляризованной световой волны и направление распространения этой волны.

Поляризованный свет может быть получен из естественного с помощью поляризующих приборов – поляризаторов. Поляризаторы – устройства, служащие для преобразования естественного или частично поляризованного света в плоскополяризованный. Их действие основано на одном из трёх физических явлений: поляризация света при отражении и преломлении на границе раздела двух изотропных прозрачных диэлектриков, явление оптической анизотропии и связанное с ним двойное лучепреломление, явление дихроизма. Поляризаторы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую называют плоскостью поляризатора, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости. Плоскость поляризатора определяет плоскость поляризации световой волны, прошедшей через поляризатор.

Анализатор – такой же поляризатор, предназначенный для определения состояния поляризации света (степени поляризации, степени эллиптичности и т.п.) или для регистрации ее изменения. С помощью анализатора можно обнаружить положение плоскости поляризации света. Пусть на анализатор падает плоскополяризованный свет с амплитудой , образующей

угол с главной плоскостью анализатора. Анализатор пропустит только составляющую _. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды. Следовательно, интенсивность плоскополяризованного света , прошедшего через анализатор, равна:

(6.38.1)

где – интенсивность света, падающего на анализатор, – угол между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью анализатора. Соотношение (6.38.1) носит название закона Малюса.

Поставим на пути естественного света интенсивность которого равна два поляризатора (поляризатор П₁ и анализатор П₂). Из первого поляризатора выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого составит половину интенсивности естественного света: Интенсивность света, прошедшего через анализатор, согласно закону Малюса будет равна: где – угол между плоскостью поляризатора и плоскостью анализатора. Таким образом, интенсивность естественного света , прошедшего через поляризатор и анализатор, равна:

(6.38.2)

Максимальная интенсивность получается, когда плоскости поляризатора и анализатора параллельны ( 0). При интенсивность прошедшего света равна нулю – скрещенные поляризаторы свет не пропускают.

Если пропустить через анализатор частично поляризованный свет, то при вращении анализатора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от до . Степенью поляризации называется величина:

(6.38.3)

Для плоскополяризованного света 1, для естественного – 0.