3. Поляризация

3.1. Естественный и поляризованный свет

Явление поляризации света это третье (после интерференции и дифракции) явление, подтверждающее волновую природу света. Но в отличие от предыдущих явлений оно присуще только поперечным волнам.

Как было показано в теории Максвелла, свет это электромаг­нитная волна,в которой векторы напряжённостей электрического и магнитного полейвзаимно перпендикулярны и расположены перпендикулярно вектору скорости распространения волны (перпендикулярно лучу). Векторыиобразуют правовинтовую систему (рис. 1).

Электромагнитная волна представляет собой колебания электрического и магнитного полей. Физиоло­гическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света на вещество вызываются электрическим полем. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить только о световом векторе . Плоскость, в которой происходят колебания этого вектора,на­зывается плоскостью поляризации.

Излучение светящегося тела представляет собой волны, испускаемые его атомами. Каждый атом в процессе излучения испускает цуг волн, при­чем в каждом цуге плоскость колебаний вектора ориентирована в пространстве случайным образом. Цуги волн излучаются многими ато­мами в одном направлении. Накладываясь друг на друга, они образуют световую волну, в которой колебания светового вектора различных направлений представлены с равной вероятностью. Такой свет называется естественным. Следовательно, в естественном свете колебания вектораразличных направлений быстро и беспо­рядочно сменяют друг друга. Если смотреть навстречу естественному лучу, то мы увидим «звездочку» из векторов,лежащих в плоскости, перпендикулярной направлению распространения луча (рис. 3.1, а).

Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называетсяполяризованным светом.Свет, в котором колебанияодного направления преобладают над колебаниями других направлений, называетсячастично поляризованным светом(рис. 3.1,в). Свет, в котором векторколеблется в одной определенной плоскости, называет­сяплоскополяризованным (или линейнополяризованным) (рис.3.1,б).

Упорядоченность может заключаться в том, что вектор поворачивается вокруг луча, одновременно пульсируя по величине. В результате конец вектора описывает эллипс. Такой свет называ­ется эллиптически поляризованным. Если конец вектораописывает окружность, свет называется поляризованным по кругу (циркулярно-поляризованным).

Глаз человека не отличает естественный свет от поляризован­ного. Зрительное ощущение вызывает только интенсивность светаI.

Интенсивностью световой волны называется величина I,численно равная энергии,которую переносит волна за единицу времени сквозь единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распрост­ранения волны. Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитудного значения напряженности электрического поля, т.е.. За меру степени поляризации световой волны принимают выражение:

, (3.1)

где I_max иI_min максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным составляющим вектора;Р степень поляризации. Для естественного светаI_max =I_minиР = 0,для плоскополяризованногоI_min = 0иР = 1.Полностью поляризованный свет в природе встречается редко, чаще частично поляризованный. Поляризованный свет широко приме­няется на практике.