Тема 4. Поляризация

Свет – поперечная электромагнитная волна. Вектор напряженности электрического поля Н, магнитного поля В и вектор скорости распространения волны v взаимно перпендикулярны. Волна в которой колебания векторов Е и В происходят в плоскостях перпендикулярных друг другу, называется плоскополяризованной. Плоскость, в которой происходят колебания вектора Е, называется плоскостью колебаний (плоскостью поляризации) (рис 4.1).

Рис 4.1. Поляризованный свет.

Излучение происходит цугами. Каждый волновой цуг поляризован. Но плоскость поляризации каждого цуга излучаемого атомами имеет случайную ориентацию. В любой точке пространства, колебания вектора напряженности электрического поля имеют различные направления, перпендикулярные к направлению распространения волны. Если все эти направления равноправны, то такой свет называется естественным. Если имеются преимущественные направления, то свет называется частично поляризованным (рис. 4.2).

Естественный свет. Частично поляризованный свет.

Рис 4.2.

Вектор напряженности каждого цуга можно разложить на две перпендикулярные составляющие. Следовательно, естественный свет можно представить в виде двух поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях волн. На каждую из них приходится по половине полной интенсивности волны. Схематически это изображают в виде черточек и точек. У естественного света равное количество черточек и точек, у частично поляризованного количество точек больше (или наоборот) (рис.4.2).

Для получения поляризованного света используются поляризационные приспособления (поляризаторы). Поляризаторы пропускают цуги только с определенным направлением колебаний вектора напряженности. Электрического поля. Это направление называется направлением пропускания (рис. 4.3). Естественный свет после прохождения через поляризатор, становится плоскополяризованным. От каждого цуга пройдут составляющие с одинаковой плоскостью колебаний Е,проходящей через плоскость пропускания. Поляризационные приспособления можно также использовать в качестве анализатора, т.е. выяснять характер поляризации. Исследуемый свет направляют на анализатор, который вращают вокруг направления распространения света и следят за изменением интенсивности прошедшего света. Амплитуды Е падающего и Е₁ прошедшего света связанны соотношением (рис.4.3).

,

где a- угол между плоскостью колебаний Е подающей волны (цуга) и направлением пропускания. Поскольку, интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний вектора напряженности электрического поля в данной точке пространства, то для интенсивности каждого отдельного цуга

,

где I_i - интенсивность до анализатора, I_0i - после анализатора.

Если падающий свет полностью поляризован, то для всех цугов угол a один и тот же. В этом случае выполняется закон Малюса:

, (4.1)

где I - интенсивность света вышедшего из анализатора, I₀ – интенсивность падающего поляризованного света, a- угол между плоскостью колебаний Е подающей поляризованной волны и направлением пропускания анализатора. В случае, если свет поляризован с помощью поляризатора, то a - угол между плоскостью пропускания поляризатора и анализатора. Причем из поляризатора выходит плоскополяризованный свет, интенсивность которого рана половине интенсивности естественного света, т.е. I₀ = 1/2 I_ест.

Рис.4.3.

В этом случае выражение (4.1) примет вид

.

Поляризация света при отражении и преломлении.

При отражении и преломлении естественного света на границе двух изотропных диэлектрических сред с разными показателями преломления, отраженный и преломленный свет становится частично поляризованным. Степень поляризации зависит от угла падения. Если угол падения удовлетворяет условию

, (4.2)

то отраженный луч является полностью плоскополяризованным. Данное выражение носит название закона Брюстера, а величина a _Б – угла Брюстера. Если свет падает на границу разделапод углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Причем, плоскость колебаний вектора Е в отраженной волне, перпендикулярна плоскости падения (рис.4.4).

Рис.4.4.