1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_12_pdf-77762392
.pdfКрахалев М.Н.
Лекция №12
Поляризация света.
Крахалев Михаил Николаевич
Крахалев М.Н.
План лекции №12
%Естественный и поляризованный свет.
%Поляризационные устройства. Закон Малюса.
%Изменение характера поляризации света при отражении от границы раздела двух сред. Формулы Френеля.
%Явление Брюстера. Угол Брюстера.
%Явление двойного лучепреломления.
%Оптическая активность. Сахариметрия.
Поляризация электромагнитных волн.
Крахалев М.Н.
Поперечность световых волн.
Из электромагнитной теории света вытекает непосредственно, что световые волны поперечны (вектора E и H и скорость распространения волнового фронта v взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему). Если заданны направление распространения и направление одного из векторов (например E), то направление другого (H) определяется однозначно. Однако крест векторов E и H может быть произвольно ориентирован относительно направления распространения волнового фронта.
Асимметрия относительно направления распространения волн является одним из признаков, который отличает поперечную волну от продольной. Это свойство и было использовано для экспериментального доказательства поперечности световых волн задолго до того, как была установлена их электромагнитная природа.
Поляризация электромагнитных волн.
Крахалев М.Н.
Гюйгенс (1690 г.) изучая открытое Бартолином (1670 г.) свойство исландского шпата раздваивать проходящие через него лучи, нашел, что каждый из полученных таким образом лучей ведет себя при прохождении через второй кристалл исландского шпата иначе, чем обычные лучи.
Кристалл исландского шпата (CaCO3):
Малюс (1808 г.), открывший сходные особенности в свете, отраженном от стекла, ввел для обозначения наблюдаемого свойства света термин поляризация.
Поляризация электромагнитных волн.
Крахалев М.Н.
Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким либо образом,
называется поляризованным.
Если колебания вектора E происходят только в одной плоскости, то свет называют плоско- (линейно-) поляризованным. Плоскость, в которой колеблется вектор E называют плоскостью колебаний. Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблется вектор H.
Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами.
1. Поляризационные призмы (призмы Николя) |
2. Двоякопреломляющие призмы. |
3. Дихроичные пластинки (турмалин (~1 мм), герапатит (~0,1 мм))
Поляризация электромагнитных волн.
СистемаКрахалев М.Н.скрещенных поляризаторов (пластинки турмалина):
Закон Малюса: если естественный свет проходит через два поляризующих устройства, соответствующие плоскости которых образуют между собой угол j, то интенсивность света, пропущенного такой системой, будет пропорциональна cos2j:
Поляризация электромагнитных волн.
Крахалев М.Н.
Свет, в котором колебания в одном направлении преобладают над колебаниями в других направлениях, называется частично поляризованным.
Араго и Френель (1816 г.) показали, что лучи со взаимно перпендикулярной поляризацией не интерферируют (I=I1+I2). Но, если поляризация лучей совпадает, то интерференция будет хорошо проявляется. Интерференционные полосы видны и при промежуточных ориентациях поляризации, но с меньшей видностью.
При сложении двух когерентных плоскополяризованных волн со взаимно перпендикулярными поляризациями (Ex и Ey), получится вектор E, конец которого будет описывать эллипс. Такой свет называется
эллиптически поляризованным.
При разности фаз a кратной p, эллипс вырождается в прямую и получается плоскополяризованный свет. При разности фаз, равной нечетному числу p/2, и равенстве амплитуд складываемых волн A1 и A2, эллипс превращается в окружность. В этом случае получается свет, поляризованный по кругу
(циркулярно поляризованный).
Различают правую и левую эллиптическую (круговую) поляризацию. Если по отношению к направлению, противоположному направлению луча, вектор E вращается по часовой стрелки, то поляризация называется правой, в противном случае – левой. Плоскополяризованный свет можно представить как сумму двух циркулярно поляризованных лучей с одинаковой амплитудой и различным направлением вращения поляризации.
Формулы Френеля.
Крахалев М.Н.
Вопрос об отражении и преломлении световой волны на границе двух диэлектриков
может быть решен с использованием уравнений Максвелла и граничных условий.
Граничные условия: равенство тангенциальных составляющих векторов E и H и нормальных составляющих векторов D и B.
Формулы Френеля.
Крахалев М.Н.
Вектор E лежит в плоскости падения (II):
rII и tII – амплитудные коэффициенты отражения и пропускания для волны, линейно поляризованной в плоскости падения.
Формулы Френеля.
Крахалев М.Н.
Вектор E лежит перпендикулярно плоскости падения (┴):
r┴ и t┴ – амплитудные коэффициенты отражения и пропускания для волны, линейно поляризованной перпендикулярно плоскости падения.