Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 31.Поляризованные волны. Поляризованный и естественный свет

31.Поляризованные волны. Поляризованный и естественный свет. Поляризация при отражении и двойном лучепреломлении. Дихроизм. Способы получения поляризованного света (поляризационные призмы, поляроиды).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

СВЕТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ. ЗАКОН МАЛЮСА

Электромагнитную волну, в которой векторы Е и, следовательно, векторы Н лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной. Плоскость, проходящая через электрический вектор Е в направ­лении распространения электромагнитной волны, является плос­костью поляризации.

Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом. В ес­тественном свете, идущем от Солнца, накаленной нити лампы, газоразрядной трубки, пламени и т.п., складываются неупорядо­ченные излучения множества хаотически ориентированных атомов, поэтому направление Е не выдерживается в одной плоскости. Такой свет можно рассматривать как наложение плоскополяризо­ванных волн с хаотической ориентацией плоскостей колебаний, электрические векторы ориентированы по всевозможным перпен­дикулярным лучу направлениям. На рис. 25.1 показаны в неко­торый момент времени сечение луча О и проекции векторов Е на плоскость, перпендикулярную лучу.

Если выбрать две любые взаимно перпендикулярные плоскости, проходящие через луч естественного света, и спроецировать векто­ры Е на плоскости, то в среднем эти проекции будут одинаковыми. Поэтому луч естественного света удобно изображать как прямую, на которой расположено одинаковое число тех и других проекций в виде черточек и точек (рис. 25.2, а). Таким образом, прямая с черточками (рис. 25.2, 6) или точками (рис. 25.2, в) обозначает луч плоскополяризованного света.

Луч света, состоящего из естественной и поляризованной сос­тавляющих и называемого частично поляризованным, условно показан на рис. 25.2, t, д, причем соотношение числа черточек и точек отражает степень поляризации, т.е. долю интенсивности поляризованной составляющей относительно полной интенсивности света.

Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Он пропускает только составляющую вектора Е и соответственно Н на некоторую плос­кость — главную плоскости поляризатора.

При этом через поляризатор проходит поляризованный свет, ин­тенсивность которого равна половине интенсивности падающего неполяризованного света. При вращении поляризатора относительно луча естествен­ного света поворачивается плоскость колебаний вышедшего плоско­поляризованного света, но интенсивность его не изменяется. Поля­ризатор можно использовать для анализа поляризованного света, тогда его называют анализатором. Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора Е0 падает на анализатор, то он пропустит только некото­рую составляющую, равную Е = Eо cosφ, где φ — угол между главными плоскостями поляризатора Р и ана­лизатора А Так как интенсивность света пропорциональна квадрату ампли­туды колебаний

I= I₀ cos²φ, где I₀ — интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор; I — интенсивность света, вышедшего из анализатора. Уравнение выражает закон Малюса. Как видно из закона Малюса, при повороте анализатора -отно­сительно луча падающего плоскополяризованного света интенсив­ность вышедшего света изменяется от нуля до I₀. Если при пово­роте анализатора относительно падающего луча как оси вращения интенсивность прошедшего света не изменяется, то свет может быть естественным; если при этом интенсивность изменяется по закону I= I₀ cos²φ, то падающий свет — плоскополяризованный. Термин «поляризация света» имеет два смысла. Во-первых, под этим понимают свойство света, характеризующееся пространственно-временной упорядоченностью ориентации электрического и магнитного векторов. Во-вторых, поляризацией света называют процесс получения поляризованного света.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ПРИ ОТРАЖЕНИИ И ПРЕЛОМЛЕНИИ НА ГРАНИЦЕДВУХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

При отражении от границы двух диэлектриков естественный свет частично поляризуется.

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном — параллельные ей. Если угол падения удовлетворяет условию • tg i_Б = n, то отраженный луч полностью плоскополяризован. Соот­ношение tg i_Б = n, выражает закон Брюстера. Здесь угол падения i_Б - угол Брюстера, или угол полной поляризации; n — относительный показатель преломления двух сред. Преломленный луч при выполнении закона Брюстера частично поляризован, при этом степень его поляризации наибольшая. Ис­пользуя и закон преломления, нетрудно показать, что при полной поляризации отраженного света угол между преломленным и отраженным лучами равен 90°. Таким образом, граница двух диэлектриков или диэлектрика и вакуума является поляризатором. В качестве поляризатора используют также стопу стеклянных плас­тин. Независимо от угла падения и выполнения закона Брюстера степень поляризации преломленного луча возрастает по мере про­хождения пластин.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ПРИ ДВОЙНОМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИИ

Некоторые прозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются законы преломления и поэтому этот луч называют обыкновенным, для другого - не выпол­няются и луч называют необыкновенным. Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и оба луча обыкновенный и необыкновенный — распространяются с одной скоростью – называются оптическими осями кристалла. Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч является главной. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного — лежат в главной плоскос­ти, т.е. эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распрост­ранения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплиту­ды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний. Ход обыкновенных и необыкновенных лучей в кристаллах мож­но наглядно представить с помощью волновых поверхностей. Предположим, что внутри кристалла произошла световая вспышка и во все стороны распространяются две волны: обыкновенная и необыкновенная.