Поляризация световых волн

Световые волны – это волны электромагнитные. Плоская электромагнитная световая волна является поперечной и представляет собой распространение в пространстве взаимно перпендикулярных колебаний: вектора напряженности электрического поля Е и вектора напряженности магнитного поля Н (рисунок 11,а).

а

б

Рисунок 11 – Плоская электромагнитная волна:

а) направления колебаний векторов E и H относительно направления V движения волны, б) равенство направлений колебания вектора E в естественном свете

Колебания векторов Е и Н происходят синхронно (в одинаковой фазе) в направлении, перпендикулярном скорости распространения волны V (лучу). Электрический вектор E волны также называют световым вектором. В дальнейшем мы ограничимся рассмотрением колебаний именно этого вектора, помня об обязательном наличии колебаний вектора H волны.

Обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающихся (τ ~ 10^–8 с) элементарных излучателей (атомов и молекул), испускающих волны независимо друг от друга с различными начальными фазами и различными направлениями колебаний светового вектора. Накладываясь друг на друга, эти волны образуют результирующую волну, в которой колебания светового вектора в различных направлениях быстро и беспорядочно сменяют друг друга и с равной вероятностью могут происходить во всех направлениях, перпендикулярных лучу.

Свет, в котором различные направления колебаний вектора E в плоскости, перпендикулярной лучу, равновероятны, называется естественным или неполяризованным (рисунок 11,б). Свет, в котором направления колебаний вектора E каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Можно выделить различные виды поляризации световых волн. Так, если колебания светового вектора происходят только в одной, проходящей через луч плоскости, свет называется линейно поляризованным или плоскополяризованным (рисунок 12,а).

Плоскость, в которой происходят колебания вектора E, называется плоскостью колебаний или плоскостью поляризации. Если колебания вектора E совершаются так, что его конец описывает эллипс, то свет называется эллиптически поляризованным (рисунок 12,б).

Рисунок 12 – Виды поляризованного света:

а) плоскополяризованный, б) элептически поляризованный,

в) циркулярно поляризованный, в) частично поляризованный

Частным случаем эллиптической поляризации является линейная поляризация (эллипс вырождается в отрезок прямой линии). Другой частный случай – круговая поляризация. При этом конец вектора E описывает окружность, а свет называется поляризованным по кругу или циркулярно поляризованным (рисунок 12,в).

Свет, у которого существует преимущественное направление колебаний светового вектора, называется частично поляризованным (рисунок 12,г). Его можно рассматривать как «смесь» естественного и линейно поляризованного света.

Поляризацией света называется выделение линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного света. Для этой цели применяются специальные оптические устройства – поляризаторы. Их действие основано либо на явлении поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух изотропных прозрачных диэлектриков, либо на явлениях двойного лучепреломления и дихроизма (призма Николя, поляроиды и т.п.).

Устройства, которые применяют для анализа характера и степени поляризации света, называются анализаторами. В качестве анализаторов используют те же устройства, что и для поляризации света (призмы Николя, поляроиды и т.п.). Поляризаторы (анализаторы) пропускают световые волны с колебаниями вектора E лишь в одной определенной плоскости, которую называют главной плоскостью поляризатора (анализатора).