Поляризация света

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА.

Лабораторная работа №12

Составители: Шагдаров В. Б.

Санеев Э. Л.

Базарсадаев Б. Ц.

Улан-Удэ 2005

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Одним из явлений, характеризующих свет как электромагнитную волну, является поляризация. Электромагнитная волна есть распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Векторы напряженности и взаимно перпендикулярны. Плоскость, в которой лежат и , перпендикулярна вектору скорости волны. Плоскость, в которой лежат и , называется плоскостью колебаний. Плоскостью поляризации называется плоскость, в которой лежат векторы и . На рисунках мы будем изображать только векторы напряженности электрического поля .

На рис. 1 изображен естественный свет (а), частично поляризованный (б), и плоскополяризованный (в) свет. Направление распространения света перпендикулярна плоскости рисунка.

На рис.2 изображен естественный (а) и плоскополяризованный (б, в) свет, распространяющийся в плоскости чертежа.

В естественном свете вектор колеблется в самых различных направлениях, в плоскополяризованном свете - в одной плоскости, в частично поляризованном свете колебания одного направления преобладают над колебаниями другого направления (это имеет место, например, при отражении и преломления).

Итак, свет, у которого упорядочены колебания, называется поляризованным.

Закон Малюса характеризует интенсивность света, прошедшего через анализатор, в зависимости от угла j между плоскостью пропускания (колебания) поляризатора и анализатора:

(1)

где I и I₀ - интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор соответственно.

Если плоскость пропускания поляризатора 0Р и анализатора ОА совпадают (j =0) рис.3, то I=I₀, интенсивность света максимальна.

Если анализатор А повернуть вокруг оси на угол , колебания анализатор не пропускает, интенсивность минимальна, I =0 (рис.4).

Закон Малюса выводится следующим образом. Пусть свет распространяется перпендикулярно чертежу (рис.5), где плоскости пропускания поляризатора и анализатора обозначены ОР и ОА, через Е_р и Е_а - амплитуда колебаний света, прошедшего через поляризатор и анализатор.

Из рис.5 видно, что . Так как интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то имеем:

, где I₀=E_p²

Закон Брюстера гласит: если свет падает на диэлектрик под углом, тангенс которого равен показателю преломления этого диэлектрика, то отраженный свет полностью поляризован, а преломленный свет поляризован максимально:

(2)

где n - относительный показатель преломления вещества,

j_n - угол полной поляризации (угол Брюстера).

При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (доказать).

Для характеристики меры и степени поляризации вводят функцию:

,

(I _^ - интенсивность света, соответствующая колебаниям, перпендикулярным плоскости падения, I _½½ - соответствует колебаниям, происходящим в плоскости падения световой волны).

Таким образом, если на анализатор А падает естественный свет (см рис. 1а), то при вращении анализатора интенсивность прошедшего света не изменится (I _^ = I _½½) и D=0. Если на А падает частично поляризованный свет (см. рис. 1б), то при вращении анализатора можно зарегистрировать интенсивность I_max и I_min и степень поляризации равна:

(3)

При падении света на пластинку под углом Брюстера отраженный свет полностью поляризуется: I_II =0 и D = 100%.

Лабораторная работа №12-1.