3. Поляризация света

3.1. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризованного света (линейно поляризованный, поляризованный по кругу и по эллипсу)

Под поляризацией света понимают пространственное соотношение между направлением распространения света и направлением колебания электрического вектора. Световая волна образуется в результате наложения большого количества волновых цугов, испускаемых отдельными возбужденными атомами источника света. Направления колебаний векторов и у отдельных цугов – самые разнообразные. Поэтому в результирующей световой волне направление колебаний суммарного светового вектора хаотически изменяется. Такой свет называется естественным (рис.27). Свет, у которого направления колебаний векторов и упорядочены, называется поляризованным (см. рис. 28).

С

Рис. 27

Рис. 28

вет называется линейно поляризованным (плоско поляризованным), если колебания электрического (светового) вектора происходят вдоль одного направления.

Плоскость, проходящая через вектор и направление луча, называется плоскостью поляризации.

Рис. 29

Свет, состоящий из естественной и поляризованной составляющих, называется частично поляризованным.

При сложении двух световых волн одинаковой частоты, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, результирующий вектор может поворачиваться по мере распространения волны (происходит сложение взаимно перпендикулярных колебаний одинаковой частоты). Свет, у которого конец вектора , вращаясь вдоль направления луча, описывает эллипс (см. рис. 29), называется эллиптически поляризованным, если – окружность, то поляризованным по кругу.

3.2. Анализ поляризованного света. Закон Малюса

Линейно поляризованный свет можно получать из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти устройства свободно пропускают колебания, параллельные лишь одной плоскости, которая называется плоскостью поляризатора, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

Для уяснения сущности поляризации рассмотрим некоторую механическую аналогию. Пусть имеется источник S механических волн, шнур, к которому прикреплен колокольчик K, и две пластинки A и B.

Если плоскость колебаний шнура лежит между пластинками, то по звону колокольчика мы судим о наличии колебаний шнура за щелью. Во - втором случае колебания шнур гасятся. Щель А-В выполняет роль поляризатора - преобразователя неполяризованной волны в поляризованную.

Рассмотрим рис.30. Прибор, обнаруживающий линейную поляризацию света, называется анализатором. В принципе он ничем не отличается от поляризатора (см. рис.30).

Рис.30

Естественный свет после прохождения поляризатора P₁ становится линейно поляризованным с амплитудой A₀ и интенсивностью I₀. После прохождения второго поляризатора P₂ (анализатора) амплитуда колебаний ( полностью задерживается). Так как интенсивности пропорциональны квадратам амплитуды, то

и ,

где  – коэффициент пропорциональности.

Иными словами

.

Выражение

называется законом Малюса.

В формуле (3.1): I – интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего через анализатор; I₀ – интенсивность линейно поляризованного света, падающего на анализатор;  – угол между направлением колебаний вектора в падающей волне и плоскостью поляризации анализатора (угол между плоскостями поляризаторов).

В естественном свете все значения  равновероятны. Так как , то средняя интенсивность I прошедшего через поляризатор естественного света равна

,

где I₀ – интенсивность естественного света.