Поляризация света Основные вопросы темы:

1. Электромагнитные волны. Уравнение электромагнитной волны. Свет как электромагнитная волна.

2. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

3. Основные методы получения поляризованного света:

3.1 Поляризация при отражении от поверхности диэлектрика. Закон Брюстера.

2. Двойное лучепреломление. Призма Николя.

3.3 Дихроизм поглощения и его использование для получения поляризационного света.

4. Прохождение света через поляризаторы. Закон Малюса.

1. Электромагнитые волны. Уравнение электромагнитной волны. Свет как электромагнитная волна

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, изменяющиеся с одинаковой частотой v (Гц). Если такая волна распространяется со скоростью υ вдоль направления ОХ, то напряженность Е ее электрического поля и индукция В магнитного поля изменяются по одинаковому закону:

, , (1)

где ω = 2πν (радиан/с)– круговая частота волны, Т=1/v - период волны, а Е₀ и В₀ – максимальные (амплитудные) значения электрической напряженности и магнитной индукции волны, t и x – текущие время и координата. Эти две формулы в совокупности представляют собой уравнение электромагнитной волны.

Важной характеристикой волны является длина волны λ (м) – расстояние, проходимое волной за один период Т волны:

(2)

Диапазон длин электромагнитных волн весьма широк и образует шкалу электромагнитных волн, отдельные участки которой носят свои названия:

1. Радиоволны, длина волны λ >1 мм;

2. Инфракрасное излучение, 0,76 мкм <λ< 1 мм;

3. Видимый свет, 400 нм < λ < 760 нм – (760 нм – его красная граница, а 400 нм – фиолетовая граница);

4. Ультрафиолетовое излучение, 80 нм < λ < 400нм;

5. Рентгеновское излучение, 10 ^{– 5} нм < λ < 80 нм;

6. Гамма-излучение, λ < 10 ^{– 5} нм.

Следует отметить, что приведенные границы диапазонов условны и в ряде случаев могут перекрывать друг друга. Напомним также, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Волновые (длина волны λ и частота ν) и корпускулярные характеристиками (энергия кванта ε и его импульс р) волны связаны соотношениями: ε=h·ν и p=h/λ, где h = 6,6262·10^–34 Дж·с – постоянная Планка.

В очень небольшом по величине видимом диапазоне благодаря зрению человек получает более 90% информации об окружающем его мире – этот диапазон электромагнитных волн наиболее информативен и важен для человека и других биологических организмов. В данной лекции, говоря о поляризации света, мы, прежде всего, будем иметь ввиду излучение, принадлежащее данному диапазону (400 нм < λ < 760 нм).

Электромагнитные волны инфракрасного и радиодиапазонов при интенсивностях, существующих в естественной природной среде, не опасны для человека, поскольку энергия электромагнитного кванта этих волн меньше энергии валентных связей молекул. У излучений этого диапазона больше выражены волновые свойства, чем корпускулярные.

Вредное воздействие на биосистемы начинается уже с ультрафиолетового излучения, а наиболее опасными для живых организмов являются рентгеновское и гамма-излучения, поскольку энергия электромагнитных квантов этих волн превышает энергию валентных связей молекул и поэтому способно разрывать эти связи, преобразуя молекулы в ионы и ион-радикалы. Излучение этих диапазонов является ионизирующим и его корпускулярные свойства выражены сильнее, чем волновые.

Итак, из предыдущего понятно, что свет – это электромагнитная волна. Природа света была установлена при сопоставлении теоретически вычисленного значения скорости электромагнитной волны в вакууме (воздухе) с экспериментально определенным значением скорости света в воздухе. Они оказались одинаковыми и равными 3 10⁸ м/с.

В теории электромагнитных волн было показано, что скорость ( ) распространения электромагнитных волн в различных средах равна: , где и - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, а и - соответственно электрическая и магнитная постоянные.

В вакууме (воздухе) , поэтому скорость электромагнитной волны равна независимо от частоты волны.

Важная величина, связанная с распространением света в разных средах, называется абсолютным показателем преломления среды и обозначается n: (3)

Величина n показывает, во сколько раз скорость света в данной среде меньше, чем в вакууме. Для всех сред, кроме вакуума и воздуха, n >1, а