Естественный и поляризованный свет. При изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, является ли световая волна продольной или поперечной

Поляризация света

При изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, является ли световая волна продольной или поперечной, имел второстепенное значение.

Вспомним некоторые свойства световых волн.

Световые волны являются поперечными: векторы напряженностей и световой волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны (перпендикулярно лучу).

В каждом отдельном случае (для каждого цуга волн) имеется та или иная ориентация векторов и в пространстве по отношению к направлению распространения луча. Такая ассиметрия характерна только для поперечных волн. Продольная волна всегда симметрична относительно направления распространения.

Многие действия света вызываются колебаниями электрического вектора. Поэтому обычно говорят о световом векторе, подразумевая под ним вектор напряженности электрического поля.

Свет представляет собой суммарное излучение множества атомов, поэтому световая волна, излучаемая телом, характеризуется всевозможными равновероятными ориентациями светового вектора. Это естественный (неполяризованный)свет.

Свет, в котором колебания светового вектора каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания вектора происходят только в одной плоскости, проходящей через луч, то мы имеем дело с плоско поляризованной или линейно поляризованной волной. Плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации.

Другой вид поляризации заключается в том, что вектор вращается вокруг направления распространения волны, одновременно периодически изменяясь по модулю. Если конец вектора при этом в какой-то точке среды описывает эллипс или круг, то такую волну называют эллиптически поляризованной или циркулярно поляризованной (поляризованной по кругу).

Из естественного света можно получить плоско-поляризованный свет с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания светового вектора, параллельные плоскости, которую называют плоскостью пропускания поляризатора. Колебания, перпендикулярные этой плоскости, задерживаются полностью или частично.

Инструментом для исследования ассиметрии световой волны может служить только система сама являющаяся ассиметричной. Газ, жидкость, твёрдые аморфные тела являются изотропными. Ассиметрией обладают только кристаллические твёрдые тела. Многие кристаллы являются анизотропными, т.е. их физические свойства различаются по разным кристаллографическим направлениям кристалла. Отсюда следует, что ассиметрию поперечных световых волн можно изучать, пропуская свет через анизотропные кристаллы.

Рассмотрим опыт. Вырежем из кристалла турмалина (минерала сложного химического состава, содержащего силикаты алюминия и бора) пластинку T₁, плоскость которой будет параллельна одному из направлений кристаллической решётки, называемому осью кристалла. Направим свет перпендикулярно плоскости пластинки.

Вращая пластинку (кристалл) T₁ вокруг светового луча мы никаких особых изменений не заметим. Просто интенсивность света, прошедшего через один кристалл уменьшится в два раза. Если на пути луча поставить еще одну такую же пластинку, то интенсивность света будет изменяться в зависимости от того, как ориентированы друг относительно друга оба кристалла.

Интенсивность света будет максимальна, если оси обоих кристаллов будут параллельны (O₁ ½½ O₂), и интенсивность будет минимальна, когда оси кристаллов будут перпендикулярны друг другу (O₁ ^ O₂).

Всё это можно объяснит следующим образом.

Световые волны поперечны, но в свете, исходящем от источника, нет преимущественного направления колебаний вектора . Кристалл турмалина пропускает лишь волны, вектор которых имеет составляющую параллельную оси кристалла O₁. Именно поэтому первая пластинка ослабляет интенсивность света в два раза. Кристалл выделяет из света со всевозможными ориентациями вектора ту часть, которая совпадает с направлением O₁.

Помимо естественного и плоско-поляризованного света существует еще промежуточный случай – это частично-поляризованный свет. Его можно рассматривать как "смесь" естественного и плоско-поляризованного света. Если пропустить частично-поляризованный свет через поляризатор, то при вращении прибора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться от до . соответствует той части света, ориентация вектора , в которой совпадает с оптической осью кристалла. Эта составляющая еще обозначается . соответствует той части света, ориентация вектора , в которой перпендикулярна оптической оси кристалла. Эта составляющая еще обозначается . Выражение

называется степенью поляризации.

Поиск по сайту: