Естественный и поляризованный свет

Поляризация света состоит в упорядоченности ориентации векторов напряженностей электрического и магнитного полей световой волны в плоскости, перпендикулярной к световому лучу. Поляризация света является одним из явлений, где наглядно проявляются волновые свойства. Отметим, что это явление подтверждает поперечность световых, а значит, и любых электромагнитных волн. В естественном свете (рисунок 6.1 а), который испускается обычными источниками, колебания векторов электрического и магнитного полей в различные промежутки времени совершаются в различных направлениях, перпендикулярных к лучу. Колебания различных направлений достаточно быстро (за время порядка с) и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний и электромагнитной волны упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным светом (рисунок 6.1 б). Если колебания светового вектора (напомним, что так называется вектор ) происходят только в одной, проходящей через луч плоскости, то свет называется плоско- или линейно поляризованным. Примером такой поляризации является гармоническая монохроматическая волна плоская или сферическая .Уравнение плоской гармонической монохроматической волны имеет вид:

(6.1)

а б

Рисунок 6.1 – Естественный (а) и поляризованный (б) свет

Линейно поляризованный свет характеризуется плоскостью колебаний, представляющей собой плоскость, в которой колеблется световой вектор. Линейно поляризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами (рис. 6.2). Эти приборы свободно пропускают световые колебания, параллельные некоторой плоскости, называемой плоскостью пропускания поляризатора, и полностью или частично поглощают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

Рисунок 6.2 — Получение линейно поляризованного света

Предположим, что линейно поляризованный луч интенсивностью Io падает на поляризатор с вертикально расположенной плоскостью поляризатора (рис.6.2). Колебание вектора Е совершается в плоскости, образующей с плоскостью поляризатора угол . Это колебание с амплитудой разложим на два колебания с амплитудами и . Первое колебание пройдёт через поляризатор, а второе не пройдёт. Поскольку интенсивность падающей на поляризатор волны пропорциональна квадрату амплитуды , интенсивность прошедшей через поляризатор волны будет пропорциональна квадрату

,т.е.

, (6.2)

закон Малюса для падающего линейно поляризованного света.

Соотношение было получено в 1810г. французским физиком Э. Малюсом (1775-1812). Из закона видно, что при вращении поляризатора вокруг луча интенсивность прошедшего света будет меняться в пределах от нуля, когда угол (плоскость поляризатора перпендикулярна к плоскости колебаний вектора Е), до при _.

Если на поляризатор падает естественный свет, то угол в формуле будет хаотически изменяться во времени (все значения углов равновероятны), поэтому интенсивность прошедшего через поляризатор линейно поляризованного света будет определяться средним значением косинуса угла .

, (6.3)

закон Малюса для падающего естественного света.

Вращение поляризатора вокруг луча не приводит в этом случае к изменению интенсивности прошедшего поляризованного света.

Если какой-нибудь поляризационный прибор используется для получения линейно поляризованного света, то его называют поляризатором, если этот же прибор используется для исследования (анализа) поляризованного света,- анализатором.