Поляризация света. 2. 3. 1. Естественный и поляризованный свет

2.3.1. Естественный и поляризованный свет

Явление двойного лучепреломления

Т.к. и колеблются в одной фазе, то для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение одного из векторов. (Обычно рассуждения ведутся относительно светового вектора .)

Для естественного света ориентации вектора равновероятны (рис.2.17). Равномерное распределение векторов объясняется большим числом атомарных излучателей. Луч перпендикулярен плоскости рисунка.

Дневной свет не является поляризованным. Формально всегда можно разложить вектор на две взаимно перпендикулярные составляющие и но тем самым мы не получим две поляризованные волны, т.к. фазы этих колебаний будут беспорядочно меняться, оба колебания в каждой точке волнового поля существуют нераздельно (рис.2.18).

У поляризованной электромагнитной волны плоскость колебаний вектора занимает определенную ориентацию в пространстве. Например, свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскополяризованным (рис.2.19). Возможно также, что эта ориентация изменяется по определенному закону, например по винтовой линии.

В природе существует много кристаллов (например, кварц, исландский шпат) обладающих оптической анизотропией: скорость света в них зависит от направления распространения волны, что связано с зависимостью диэлектрической проницаемости от направления в кристалле. Среди анизотропных кристаллов имеются одноосные, в которых существует одно направление, характеризуемое независимостью скорости волны от ориентации плоскости колебаний. Это оптическая ось кристалла. Если дневной свет распространяется вдоль оптической оси кристалла, то при нормальном падении луча на поверхность кристалла угол преломления =0. Пусть - скорость света, распространяющегося вдоль оптической оси, - в других направлениях. (Предположим > )

На рис.2.20 О – О' - направление оптической оси. На поверхность кристалла падает плоская монохроматическая неполяризованная волна. Разложим формально падающую волну на две компоненты с взаимно перпендикулярной поляризацией (рис. 2.20 А) и Б)) Во вторичной волне, возникающей на поверхности кристалла, вследствие принципа Гюйгенса, ориентация вектора повторяет ориентацию этого вектора в падающей волне. Поэтому в первом случае геометрия волновой поверхности вторичной волны – сфера (рис. 2.20 А)), а во втором - эллипсоид, большая полуось которого параллельна оптической оси (рис. 2.20 Б)). В результате в кристалле наблюдается расщепление луча на два - обыкновенный и необыкновенный. Если вращать кристалл внутри кристалла, необыкновенный луч описывает коническую поверхность, а за его пределами – цилиндрическую. Так объясняется явление двойного лучепреломления света.

Если луч света распространяется в анизотропном кристалле вдоль оптической оси, то он не будет испытывать двойного лучепреломления.

2.3.2. Способы получения поляризованного света

Существует три основных принципиально различных способа- получения поляризованного света: призма Николя, основанный на дихроизме кристаллов и использующий явление поляризации при отражении.

Принцип действия призмы Николя основан на двух известных оптических явлениях - двойном лучепреломлении и полном внутреннем отражении. Призма Николя (рис.2.21) состоит из двух призм кристаллического исландского шпата, которым придана специальная форма. Призмы склеены между собой при помощи канадского бальзама, у которого показатель преломления меньше, чем у исландского шпата. Неполяризованный луч света, падающий на скошенную грань призмы, в результате двойного лучепреломления расщепляется на два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для одного из них угол падения на границу склейки превосходит предельный угол полного внутреннего отражения, благодаря чему этот луч отводится в сторону. Вышедший через активную грань луч является полностью поляризованным.

Явление ДИХРОИЗМА состоит в том, что некоторые кристаллы характеризуются большим поглощением света, поляризованного в определенной плоскости, тогда как свет, поляризованный в другой (перпендикулярной к первой) плоскости, проходит почти без поглощения. Очень сильным дихроизмом в видимых лучах обладает кристалл ТУРМАЛИНА (минерала сложного состава). В нем обыкновенный луч почти полностью поглощается на длине в 1 мм. Это обстоятельство используется для изготовления поляризационного устройства (ПОЛЯРОИД).

Явление поляризации света при отражении состоит в том, что лучи, отраженные от поверхности диэлектрика также могут быть поляризованными (частично или полностью). Рассмотрим подробнее это явление.