Лекции по физике
.pdf
При распространении света в веществе имеет место взаимодействие световой (электромагнитной волны) с электрическими зарядами среды. Поскольку для большинства оптически прщзрачных сред относительная магнитная проницаемость μ ≈ 1, то взаимодействие света с
электрическими зрядами среды |
определяется в основном |
||
r |
|
||
взаимодействием с ними вектора |
, который мы будем |
||
E |
|||
называть световым вектором. Поэтому в дальнейшем, рассуждая о световой волне, мы будем оперировать лишь колебаниями вектора E , не забывая об обязательном существованииr перпендикулярного к нему магнитного вектора H .
91
2. Свет естественный и поляризованный. Виды поляризации
Представим, что свет распространяется от источника перпендикулярно н нас. Тогда мгновенная фотография колебаний элементарных векторов E от каждого излучающего атома будет иметь вид, как на рис. 2.
Эти |
колебания |
представляют |
||
результирующую световую волну, в |
||||
которой |
колебания |
|
|
различных |
|
|
|||
направлений вектора |
|
E |
быстро и |
|
беспорядочно сменяют |
друг друга. |
|||
Рис. 2 |
Такой свет называют естественным. |
|
92
Световая волна, в которой колебания вектора E какимлибо образом упорядочены, называется поляризованной.
|
Если |
колебания |
светового |
вектора |
|
|
происходят в одной плоскости, то такой свет |
||||
|
называют |
плоско- |
или |
линейно- |
|
|
поляризованным (рис.2). Плоскость, в |
||||
Рис. 3 |
которой |
|
колеблется |
световой |
вектор |
|
называется плоскостью поляризации. |
||||
Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора и полностью или частично задерживает колебания, параллельные этой плоскости.93
Поляризаторы, в которых происходит полное поглощение электромагнитных волн, поляризованных перпендикулярно плоскости поляризатора, называют идеальными или просто поляризаторами. Если же полного поглощения нет, то поляризатор называют несовершенным. Состояние поляризации произвольной электромагнитной волны задается степенью поляризации Р.
Максимальное и минимальное значения интенсивности э.м. волны, прошедшей через поляризатор при различных ориентациях его плоскости, определяют степень поляризации э.м. волны.
94
Степень поляризации частично поляризованного света определяется формулой Френеля:
|
|
|
|
|
|
P = |
Imax |
− Imin |
, |
(1) |
|
Imax |
+ Imin |
||||
|
|
|
где Imax и Imin - максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора E .
Для плоскополяризованного света Imin = 0 и Р = 1. Для естественного света Imax = Imin и Р = 0.
Кроме плоскополяризованного света различают ещё свет поляризованный по кругу (циркулярно поляризованный свет).
95
Для круговой поляризации хорактерно равномерное вращение плоскости колебаний светового вектора вокруг направления светового луча поили против часовой стрелки ( правая или левая поляризация).
Свет такой поляризации можно рассматривать как сумму двух световых волн, со сдвигом фаз π/2, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях.
При этом должно выполняться условие
r |
r |
|
r |
r |
E1 |
= E2 . |
Если |
E1 |
≠ E2 , |
то такой свет называют поляризованным по эллипсу (эллиптическиполяризованный свет (рис. 4).
96
Рис. 4
Эллиптическая (а) и куговая (b) поляризация света Линейно поляризованный свет в плоскости:
......
. . .
υ- чертежа
υ- перпендикулярной чертежу
υ- частично поляризованный свет. 97
Естественный свет также можно представить как наложение двух световых волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Однако начальныеr фазы колебаний векторов E1 и E2 в естественной волне непрерывно и хаотически изменяются. В этом отличие естественного света и света, поляризованного по кругу.
98
В реальных средах возможно превращение неполяризованных волн в полностью поляризованные и наоборот. Например, пропуская световые волны через оптически анизотропные вещества.
Оптически анизотропной называют среду, если её оптические свойства (скорость распространения света или показатель преломления) различны в различных направлениях.
Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет, называют поляризаторами.
Когда те же самые приборы используют для анализа поляризации света, их называют анализаторами.
99
Рис. 5
Свет после прохождения через поляризато P Hбудет линейно поляризован в направлении ОО'. Интенсивность света, при этом, уменьшится на
половину.
Если на пути луча поставить второй кристалл – анализатор A, то интенсивность света будет изменяться в зависимости от того, как ориентированны друг относительно друга 100обе пластины.