Лекция 7.

Интерференция поляризованных лучей

Возможность получения световых волн, поляризованных в любой плоскости, позволяет поставить вопрос о взаимодействии волн, колебания которых взаимно перпендикулярны. Араго и Френель показали, что если в обычном интерференционном опыте на пути интерферирующих лучей поставить поляризационные устройства, обеспечивающие их взаимно перпендикулярную поляризацию, то интерференции наблюдаться не будет. Но если повернуть один из поляризаторов на 90⁰, в результате чего направление колебаний в обоих пучках совпадут, то интерференционная картина будет хорошо выявляться и мы увидим обычное распределение максимумов и минимумов.

Э ти опыты показали, что в случае световых волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, световые колебания строго перпендикулярны друг другу.

Рассмотрим, что получается при наложении вышедших из кристаллической пластинки обыкновенного и необыкновенного лучей. Пусть пластинка вырезана параллельно оптической оси, рис.89. При нормальном падении света на пластинку обыкновенный и необыкновенный лучи будут распространяться не разделяясь, но с различной скоростью . За время прохождения через пластинку между лучами возникает оптическая разность хода, равная:

(4.8)

или разность фаз:

(4.9)

(d – толщина пластинки, λ – длина волны падающего света).

То есть, если пропустить естественный свет через вырезанную параллельно оптической оси пластинку, из нее выйдут два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча 1 и 2 (в кристалле луч 1 был необыкновенным и мог быть обозначен буквой е, луч 2 – обыкновенный, о). При выходе из кристалла эти лучи утратили право называться обыкновенным и необыкновенным, между ними будет существовать разность фаз, определяемая формулой (4.9). Поставим на пути этих лучей поляризатор. Колебания обоих лучей после прохождения через поляризатор будут лежать в одной плоскости. Амплитуды их будут равны составляющим амплитуд лучей 1 и 2 в направлении плоскости поляризации, рис.89.

Вышедшие из поляризатора лучи возникают в результате разделения света, полученного от одного источника. Поэтому они, казалось бы, должны интерферировать. Однако, если 1 и 2 возникают за счет прохождения через пластинку естественного света, они не дают интерференции. Это можно объяснить следующим образом:

Хотя обыкновенный и необыкновенный лучи порождены одним и тем же источником света, они содержат в основном колебания, принадлежащие разным цугам волн, испускаемых отдельными атомами. В обыкновенном луче колебания обусловлены преимущественно цугам, плоскости колебаний которых близки к одному направлению в пространстве, в необыкновенном луче – цугами, плоскости колебаний которых близки к другому направлению, перпендикулярному к первому направлению. Поскольку отдельные цуги некогерентны между собой, возникающие из естественного света обыкновенный и необыкновенный лучи, а, следовательно, и лучи 1 и 2, также оказываются некогерентными.

Иначе обстоит дело, когда на пластинку из кристалла падает плоско поляризованный свет. В этом случае колебания каждого цуга разделяются между обыкновенным и необыкновенным лучами в одинаковой пропорции (зависящей от ориентации оптической оси пластинки относительно плоскости колебаний в падающем луче). Поэтому лучи обыкновенный и необыкновенный, а, следовательно, и лучи 1 и 2, оказываются когерентными и интерференция наблюдается.