Поляризация света, ее виды и количественная оценка

ЯГМА

Медицинская физика

Лечебный факультет

Курс

Семестр

Лекция № 8

«Поляриметрия»

Составил: Бабенко Н.И.

Г.

Свет как электромагнитная волна.

Поляризация света, ее виды и количественная оценка.

Свет- это поперечные электромагнитные волны, длина которых в вакууме составляет 380 - 780 нм.

Психофизически свет представляет ту часть огггического излучения, которая вызывает ощущение в глазу человека.

Как и всякую электромагнитную волну (в соответствии с теорией Максвелла), световую волну можно представить тремя взаимно перпендикулярными векторами:

- электрическим вектором напряжённости электрического поля Е,

- магнитным вектором напряжённости магнитного поля Н.

- вектором скорости, указывающим направление распространения электромагнитной волны V.

Векторы Е и Н колеблются в одинаковых фазах, то есть, одновременно достигают максимальных амплитудных и нулевых значений.

Так как только электрический вектор Е оказывает физиологическое действие на рецепторы глаза, вызывая опущение света, участвует в фотосинтезе, он иногда называется также световым вектором.

Все источники света состоят из элементарных излучателей в виде возбуждённых атомов и молекул, которые испускают волны специальными сериями - цугами.

Каждый волновой цуг конечен в пространстве и времени, имеет конечную малую длительность, поляризован и монохроматичен.

Природу света объясняют двумя теориями - волновой и квантовой /корпускулярной/. Эти теории взаимно дополняют друг друга, так как в одних случаях свет проявляет свойства волн, а в других - потока частиц /квантов, фотонов/.

Волновые свойства света проявляется в явлениях интерференции, дифракции и поляризации, а квантовые - в явлении фотоэффекта.

«Свет обладает свойствами волн и частиц, но в целом это не волны и не частицы, а особая форма материи с единством волновых и корпускулярных свойств электромагнитного поля»

С.И.Вавилов.

Волновые характеристики света:

-период Т [с],

-частота v [Гц],

-длина волны λ [м],

-скорость распространения волны c [м/с].

Квантовые характеристики света:

-число квантов N,

-энергия кванта E = hν,

где h -постоянная Планка, v – частота.

По ориентации в пространстве направления колебаний электрического вектора различают неполяризованный и поляризованный свет.

Неполяризованный свет - это такой свет, у которого нет преимущественной ориентации в пространстве направления колебаний электрического вектора, так как все эти направления равновероятны и хаотически меняются со временем. К неполяризованному свету относится естественный свет.

Поляризованный свет - это такой свет, у которого имеется преимущественная частичная или полная ориентация в пространстве направления колебаний электрического вектора.

Поляризованным свет становится после прохождения естественного света через некоторые анизотропные среды или при отражении от поверхностей диэлектрических твердых и жидких веществ (стекло, вода).

Поляризация бывает полная или частичная.

При полной поляризации электрический вектор имеет направление колебаний строго одностороннее, например, только по вертикали.

При частичной поляризации, вектор колеблется в разных направлениях, но имеется одно преобладающее направление, например, по вертикали.

Если изобразить световой луч направленным на наблюдателя, а колебания электрического вектора представить стрелками, то неполяризованный, частично поляризованный и полностью поляризованный по вертикали свет можно изобразить следующими графическими схемами (Рис.1).;

Y

Рис.1

Неполяризованный Частично поляризованный Поляризованный

свет свет свет

При линейной поляризации направление колебаний электрического вектора фиксировано и не меняется с течением времени.

При круговой поляризации это направление с течением времени меняется по кругу по часовой стрелке (правосторонняя круговая поляризация), или против часовой стрелки (левосторонняя поляризация).

При эллиптической поляризации происходит вращение направления колебаний электрического вектора по или против часовой стрелки, и одновременно изменяется амплитуда этих колебаний.

Плоскость поляризации - это плоскость, проведенная через направление колебаний светового вектора и направление распространения волны.

Если смотреть на электромагнитную волну сбоку, то возможна ещё одна графическая интерпретация поляризованного и неполяризованного света

(Рис. 2).

А) - естественный (неполяризованный) луч.

Б) - полностью поляризованный свет

Рис. 2. Графическое изображение поляризации.

Стрелки указывают направление колебаний светового вектора в плоскости рисунка.

Точки – направление колебаний светового вектора в плоскости, перпендикулярной поляризации.

Количественно поляризация оценивается показателем, который называется степень поляризации. Степень поляризации обозначается символом Р, выражается в долях единицы или в процентах и оценивается как отношение разности проекций интенсивностей суммарной компоненты электрического вектора Е по вертикали и горизонтали, к их сумме:

Jy – проекция вектора Е на вертикальную ось;

Jх – проекция вектора Е на горизонтальную ось.

Для неполяризованного света Р= 0

Для полностью поляризованного Р=1

Для частично поляризованного света 0 <Р< 1