
Лабораторная работа № 6 Поляризация света. Закон Малюса
Цель работы: получение линейно поляризованного света и проверка закона Малюса.
Краткая теория
Известно, что свет является поперечной электромагнитной волной, представляющей собой распространяющееся в пространстве возмущение электрического и магнитного полей. Направление распространения волны задается волновым вектором k. Термином "поляризация" применительно к световой волне обозначается характер ориентации в пространстве вектора напряженности электрического поля волны - Е. Вектор Е называется еще и световым вектором, поскольку именно он обуславливает все оптические явления. Вектор напряженности магнитного поля волны Н всегда перпендикулярен вектору Е. Электромагнитная теория света утверждает, что в изотропной среде волновой вектор k перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы напряженностей полей Е и Н, образуя с ними правую тройку векторов (рис. 1) в каждый момент времени.
П
Рис. 1
В линейно
поляризованной волне,
колебания вектора Е
происходят
всегда вдоль одной плоскости имеющей
постоянную ориентацию в пространстве.
Изменяется только модуль вектора Е.
Примером линейно поляризованной волны
является плоская
монохроматическая волна, которая
описывается следующим уравнением:
.
Плоскость, содержащая вектор напряженности
электрического поля Е
и вектор k
называется
плоскостью колебаний. Для линейно
поляризованной волны плоскость колебаний
не изменяет своего положения с течением
времени. В плоскости ортогональной k
траектория
вектора напряженности электрического
поля Е –
прямая линия.
Эллиптически
поляризованным светом
называется такая электромагнитная
волна, у которой плоскость колебания
вектора напряженности электрического
поля поворачивается с течением времени
при одновременном изменении модуля
вектора напряженности. Эллиптически
поляризованный свет возникает при
сложении
двух линейно поляризованных
монохроматических волн, поляризованных
в двух
взаимно перпендикулярных плоскостях
(к примеру, XZ
и YZ,
при этом вектор k
направлен
по оси Z):
,
.
Векторы
ЕX
и
EY
направлены
по осям Х и Y
соответственно. Исключив из выражений
для напряженностей полей время, можно
получить уравнение эллипса при каждом
фиксированном Z.
Это свидетельствует о том, что траектория
вектора Е в
плоскости ортогональной k
– эллипс.
При распространении света конец вектора
Е лежит
на поверхности эллиптического цилиндра,
т. е. описывает эллиптическую винтовую
линию. Эллиптическая поляризация –
наиболее общий тип поляризации
электромагнитного поля.
Светом поляризованным
по кругу называется
такая электромагнитная волна, у которой
плоскость колебания вектора напряженности
электрического поля также поворачивается
с течением времени, но модуль вектора
напряженности электрического поля
остается неизменным. Круговая поляризация
возникает при сложении двух линейно
поляризованных волн, плоскости колебаний
которых взаимно перпендикулярны,
амплитуды одинаковы, а разность фаз
равна
,
где
–любое
целое число.
При этом
типе поляризации конец вектора
напряженности, с течением времени,
описывает в пространстве винтовую линию
по поверхности кругового цилиндра.
От поляризованного света необходимо отличать неполяризованный, естественный свет. В неполяризованном пучке света как ориентация плоскости колебаний вектора напряженности, так и модуль этого вектора испытывают хаотические изменения. Поэтому в неполяризованном свете нет выделенного направления колебаний, и при измерениях он обнаруживает осевую симметрию относительно направления волнового вектора. Неполяризованный свет испускают все нагретые тела, то есть большинство всех источников света.
Смесь неполяризованного света с поляризованным называется частично поляризованным светом.