Физика_Семестр3_Лабы / 04 Поляризация света 3.11 / Поляризация света
.pdf
1
Поляризация света
Электромагнитной волной называется распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Электромагнитная волна характеризуется векторами напряженности E эл е кт р и ч е с ко го и м а г н и т н о го H полей, изменяющимися в пространстве и времени по гармоническому закону:
E E0 sin(ωt kx) H H0 sin(ωt kx)
где 2 циклическая частота, частота колебаний, k 2π/λ волновое число, λ длина волны.
Электромагнитные волны являются поперечными волнами, то есть колебания векторов напряженности E и H электрического и магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору скорости распространения волны v – рис.1.
Основываясь на том, что электромагнитная волна является поперечной, возможно наблюдение явлений, связанных с определенной ориентацией векторов E и H в пространстве. Во всех процессах взаимодействия света с веществом основную роль играет электрический вектор E поэтому его называют световым вектором.
Поскольку свет представляет собой суммарное излучение множества атомов, которые излучают электромагнитные волны независимо друг от друга, то световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными ориентациями светового вектора E в пространстве.
Такой свет называется естественным (неполяризованным). Естественный свет испускает большинство источников, например, лампы накаливания.
2
Если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное направление колебаний вектора E , то мы имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одной
плоскости, называется плоско поляризованным или просто поляризованным.
Поляризаторы. |
Естественный свет можно преобразовать в плоско- |
поляризованный, используя для этого устройства, назы- |
|
Закон Малюса. |
ваемые поляризаторами. В качестве поляризаторов |
могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например, оптически анизотропные кристаллы. Оптически анизотропными являются кристаллы, в которых оптические свойства в разных направлениях различные. Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризаторов, следует отметить турмалин. Турмалин сильно поглощает световые лучи, в которых электрический вектор перпендикулярен к оптической оси. Если же электрический вектор параллелен оси, то такие лучи проходят через турмалин почти без поглощения. Поэтому естественный свет, пройдя через пластинку турмалина, наполовину поглощается и становится плоско поляризованным с электрическим вектором, ориентированным параллельно оптической оси турмалина.
Таким же свойством обладают поляроиды, более удобные в обращении. Они представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки. Поляроиды почти полностью пропускают волну разрешенной поляризации и поглощают волны,
поляризованные в перпендикулярном направлении. Таким образом, поляроиды можно |
||||
называть поляризационными фильтрами. |
Явление поляризации имеет место и при |
|||
|
||||
отражении света на границе раздела двух сред |
||||
( воздух |
вода, воздух |
стекло и др.). При |
||
падении естественного света на диэлектрик |
||||
под углом |
Брюстера |
iБ. |
( tgiБ n , где n – |
|
показатель преломления диэлектрика) |
||||
отраженный свет полностью поляризуется в |
||||
плоскости |
перпендикулярной плоскости |
|||
п а д е н и я |
( в е к т о р E |
перпендикулярен |
||
плоскости, |
в которой |
лежат падающие и |
||
отраженные лучи.). Преломленный луч при этом частично поляризуется в плоскости падения.
Прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором.
В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса естественный свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина. Пластинки могли поворачиваться друг
относительно друга на угол φ.
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos2 :
3
I I0 cos2 ,
где Io – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор.
Явление двойного лучепреломления.
Если на кристалл исландского шпата (оптически анизотропную среду) направить узкий пучок естественного света, то в точке падения на грань кристалла луч вследствие оптической анизотропии разделяется на два преломленных луча (е и о), поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 4). Из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу.
Стрелки на рисунке обозначают, что вектор E лежит в плоскости рисунка, точки –
в е к т о р E перпендикулярен плоскости рисунка.
В анизотропных средах скорость распространения электромагнитных волн v, а следовательно, и показатель преломления n зависят от направления распространения волны и ее поляризации (ориентации вектора E ) . В л ю б о м к р и с т а л л е и м е е т с я направление, в котором нет двойного
лучепреломления, |
то есть no |
= ne. |
Это |
направление называют оптической |
осью |
||
кристалла. Вдоль |
оптической |
оси прело- |
|
мленные лучи о и е распространяются, не раздваиваясь, и с одной скоростью, как в обычной изотропной среде.