Поляризация света
Если говорить о плоских волнах вообще, то следует отметить, что в случае, когда плоскость колебаний непрерывно меняется, а амплитуда колебаний остается постоянной, то такую волну называют естественной (рис. 2а).
Если колебания происходят только в одной плоскости, то такую волну называют полностью линейно-поляризованной или просто поляризованной (рис 2б).
Рис. 2а) |
Рис. 2б) |
Рис 2в) |
Если же колебания происходят в разных плоскостях, но в од-ной из них амплитуда больше, чем в других плоскостях, то такая волна называется частично поляризованной (рис. 2в).
Мы рассматриваем световую волну, в которой присутствуют электрическая и магнитная составляющие. Все изменения, проис-ходящие с вектором , сопровождаются аналогичными синхрон-ными изменениями вектора . Поэтому для простоты изложения мы будем говорить только о векторе . Этот вектор называют световым вектором, т.к. только электрическая составляющая световой волны действует на рецепторы, вызывая ощущение света.
Элементарным излучателем света является атом, в котором электрон испускает плоскополяризованную волну (рис.1) в единичном акте испускания. При этом испускается “цуг” волн протяженностью 3 м. Затем атом излучает новый “цуг” волн. За время между этими двумя актами испускания атом успевает повернуться в пространстве в разных направлениях и поэтому “цуги” волн излучаются также в разных направлениях. Кроме того, атомов в источнике света бесконечное множество, значит и плоскостей колебаний будет бесконечное множество. Следова-тельно, световая волна является естественной.
Световая волна может быть и частично поляризованной. Частичная поляризация происходит при отражении, преломлении и рассеянии света.
Это связано с тем,
что вторичные волны,
излучаемые атомами под воздействием падающего света, распространяются в различ-ных направлениях. Поэтому в отраженной и преломленной волнах наблюдаются колеба-ния с амплитудой наибольшей в одном направлении. Т.о. граница раздела сред – диэлектрик является поляризатором.
Рис. 3
Методы получения полностью поляризованного света
При отражении от неметаллического зеркала
Для этого, как показал Брюстер, нужно направить падающий луч под углом таким, чтобы его тангенс был равен относительному показателю преломления отражающей среды:
Это равенство
называют законом Брюстера. Здесь
- угол Брюстера. При этом, угол между
отраженным и преломленным лучами равен
.
Рис. 4
Отражённый луч является полностью поляризован, а преломленный луч остается частично поляризованным.
При двойном лучепреломлении
Известно, что кристаллы обладают оптической анизотропией.
Наличие этого свойства является причиной того, что некоторые кристаллы раздваивают луч. Один из лучей является сферической волной, он подчиняется законам преломления и называется обыкновенным (о). Другой луч явля-
ется эллиптической
волной, он не преломляется 
в
кристалле и называется необыкновенным
(е). Скорость этих лучей различна, но оба
эти луча
Рис. 5 |
полностью поляризованы. |
В кристалле имеются направления, в которых не происходит двойного лучепреломления, и оба луча распространяются с одной и той же скоростью. Эти направления называются оптическими осями (на рис.5 ось показана штриховой линией). Если в крис-талле имеется одна ось, кристалл называется одноосным, если две оси – двуосным и т.д. Мы будем рассматривать только одноосные кристаллы: исландский шпат, кварц, турмалин и др.
Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главной оптической плоскостью. Колебания необыкновенного луча лежат в главной оптической плоскости, а колебания обыкновенного луча – перпендикулярны главной оптической плоскости. Т.о, обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Двоякопреломляющие
кристаллы не могут в чистом виде
использоваться как поляризаторы, т.к.
оба луча выходят очень близко друг к
другу и даже перекрываются. Чтобы
использовать кристаллы, нужно разделить
обыкновенный и необыкновенный лучи
внутри кристалла. Это сделал голландский
физик Николь, создав призму, названную
призмой Николя. Он взял кристалл
исландского шпата, разрезал его по
диагонали и снова склеил клеем “канадский
бальзам” (
,
это значение лежит между
и
).
Канадский бальзам является зеркалом
для обыкновенного луча, он отражается
и уходит в сторону нижней грани
(в приборах она закрашивается черной
краской,
чтобы луч поглощался). Необыкновенный
луч выходит из кристалла, не преломляясь.
Рис. 6