Поляризація світла
з поперечністю електромагнітних хвиль пов'язаний цілий круг явищ, званих поляризацією. Кінець вектора Е в площині, перпендикулярної до напряму поширення світла, може здійснювати різні рухи. По характеру цих рухів розрізняють види поляризації світла. Якщо кінець вектора Е описує пряму лінію і лежить в певній площині з лінією розповсюдження світла (рис. 1.20), то світло називається лінійнополяризованим або плоскополяризованим.
Поляризація хвиль — явище порушення симетрії розподілу збурень упоперечнійхвилі (наприклад, напруженостей електричного та магнітного полів в електромагнітних хвилях) щодо напряму її поширення. Уподовжнійхвилі поляризація виникнути не може, так як обурення в цьому типі хвиль завжди збігаються з напрямом поширення. [1]
Поперечна хвиля характеризується двома напрямками: хвильовим вектором та вектором амплітуди, завжди перпендикулярним до хвильового вектора. Отже, у тривимірному просторі є ще один ступінь свободи — обертання навколо хвильового вектора.
Причиною виникнення поляризації хвиль може бути:
несиметрична генерація хвиль у джерелі збурення;
анізотропність середовища поширення хвиль;
заломлення та відображення на межі двох середовищ.
Основними є два види поляризації:
лінійна - коливання обурення відбувається в якійсь одній площині. У такому разі говорять про «плоско-поляризовану хвилю»;
кругова — кінець вектора амплітуди описує коло у площині коливань. Залежно від напрямку обертання вектора може бутиправоюаболівою.
На основі цих двох або тільки круговийможна сформувати й інші, складніші види поляризації. Наприклад,еліптична.
Світло поляризоване і неполяризоване.
Закон Малюса.
Досі при дослідженні дифракції чи інтерференції ми займалися хвилями без урахування їхньої поляризації. Можна сміливо сказати, що у разі хвиль поперечних, ми вважали їх поляризованими однаково. Тільки цьому випадку з допомогою векторної діаграми можна складати амплітуди коливань, тобто. у випадку, якщо вони відбуваються за одним напрямом.
Тепер нам потрібно зосередитися на поперечних хвилях, при додаванні яких може виявитися суттєвою поляризація хвилі.
Поляризація визначається тим, як спрямований, наприклад, вектор електричного поля у площині, перпендикулярній напряму поширення хвилі.
Вектор перпендикулярний напряму поширення хвилі, але цей напрямок може тим чи іншим способом змінюватися. Світло називають поляризованим, якщо спостерігається деяка регулярність такої зміни.
У природному світлі цей напрямок змінюється випадковим чином. Таке світло називають неполяризованим.
аналізатор
o’
Як можна судити про поляризованість світла? Є прилади, які пропускають лише світло з певним напрямом вектора (залежно від призначення їх називають поляризаторами чи аналізаторами). Якщо світло неполяризоване, то при повороті аналізатора навколо горизонтальної осі інтенсивність світла, що сприймається фотоприймачем, не змінюється: амплітуда коливань електричного вектора залишається незмінною.
Крім неполяризованого світла виділяють частково поляризоване світло. У цьому випадку напрямок вектора електричного поля також змінюєтьсяхаотично, але є деякий напрямок, при якому в середньому амплітуда коливань більше. Для такого випадку вводиться поняття ступеня поляризації: обертаючи аналізатор, визначають значення максимальної та мінімальної інтенсивності, що сприймається фотоприймачем. Ступінь поляризації визначається виразом:
Частково поляризованим може бути суміш неполяризованого та лінійно поляризованого світла.
Якщо неполяризоване світло проходить через поляризатор, воно стає лінійно або плоско-поляризованим світлом. В цьому випадку коливання вектора відбуваються в деякій площині, що проходить через напрямок поширення світлової хвилі, яка називається площиною поляризації. При цьому, очевидно, Imin = 0 і ступінь поляризації дорівнює одиниці.
Для лінійно поляризованого світла справедливий закон Малюса. Нехай коливання електричного вектора відбуваються у вертикальній площині та амплітуда коливань дорівнює E0. Якщо вісь аналізатора повернена не кут j по відношенню до напрямку поляризації, до фотоприймача пройде світло з амплітудою
Оскільки інтенсивність світла пропорційна квадрату амплітуди, ми отримуємо закон Малюса. Світло з амплітудою E затримується аналізатором.