ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
В результате изучения данной главы студент должен: знать
- • определения естественного и поляризованного света, степени поляризации;
- • закон Брюстера;
- • способы поляризации света;
- • вывод закона Мал юса;
- • суть явления двойного лучепреломления;
- • суть явления поляризации света в одноосных кристаллах;
- • устройство призмы Николя; уметь
- • строить волновые поверхности для иллюстрации явления двойного лучепреломления;
- • решать типовые прикладные физические задачи на поляризацию света; владеть
- • навыками использования стандартных методов и моделей математики применительно к поляризации света;
- • навыками проведения физического эксперимента, а также обработки результатов эксперимента но поляризации света.
Естественный и поляризованный свет. Закон Брюстера
Поляризованной называют электромагнитную волну, в которой векторы напряженности электрического (и магнитного) ноля каким-то образом упорядочены. Часто просто говорят о поляризованном свете. Как отмечалось выше, электромагнитные волны поперечны: векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору скорости распространения волны. Такая связь позволяет описывать поляризацию волны (и света) с помощью одного из двух векторов, причем обычно выбирают вектор Е. Поэтому плоскость, проходящую через вектор Е и направление распространения волны, называют плоскостью поляризации.
Волна является плоскополяризованной, если плоскость поляризации не меняет своего положения в пространстве. Атомы излучают плоскопо- ляризованные волны цугами длительностью 10 8 с. Свет от обычных источников (солнца, лампочки, пламени и т.д.) излучается отдельными атомами, причем плоскости поляризации излучаемых цугов никак не согласованы между собой. Поэтому результирующая плоскость поляризации хаотически меняет направление. Свет (и волну) с хаотически меняющей направление плоскостью поляризации называют иеполяризованпым или естественным. Если конец вектора Е описывает эллипс или окружность, то волну соответственно называют поляризованной по эллипсу или по кругу. Волну, поляризованную по эллипсу или по круг)', можно разложить на две плоско- поляризованные волны. В свою очередь плоскополяризованную волну можно представить как сумму двух поляризованных по кругу волн, в которых вектор Е вращается в противоположных направлениях.
Отдельно выделяют частично поляризованный свет, состоящий из естественной и поляризованной составляющих. Характеристикой частично поляризованного (и иного) света является степень поляризации
определяемая соотношением минимальной /ш||| и максимальной /гаах интенсивностей света, пропускаемого анализатором (см. ниже). Очевидно, что для естественного и поляризованного по кругу света Р = 0, а для плоскопо- ляризованного света Р = 1.
Для создания плоскополяризованного света из естественного нужно создать прибор, который одну из составляющих естественного света задерживает, а другую пропускает. Ниже рассмотрен ряд приборов, основанных на этом принципе. При работе с поляризованным светом приходится решать две проблемы: как создать поляризованный свет и как зарегистрировать его поляризацию. Прибор для решения первой задачи называется поляризатором, для решения второй — анализатором. Поляризатор и анализатор обычно взаимозаменяемы.
Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света, например от стекла. Как отраженный, так и преломленный свет оказываются поляризованными. В отраженном луче преобладают перпендикулярные плоскости падения колебания, а в преломленном — параллельные плоскости падения. Это можно показать с помощью уравнений Максвелла с учетом граничных условий. Степень поляризации обоих лучей зависит от угла падения луча. Существует угол падения (у каждой пары прозрачных сред он свой), при котором отраженный свет становится плоскополяризованным (степень поляризации равна единице), а преломленный луч остается частично поляризованным. Этот угол ав, называемый углом Брюстера, определяется законом Брюстера
Здесь п — показатель преломления второй среды относительно первой. Используя закон преломления, легко показать, что при угле Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.
