Виды поляризации, степень поляризации

Эллиптическая поляризация

если α=π/2, то получаем уравнение, описывающее вырожденный эллипс

y

x

E

y

x

E

Если a=b Круговая поляризация

 

Плоско поляризованная волна как сумма двух право и лево вращающихся волн круговой поляризации

y

E

Eпр.вр

Eл.вр

x

При α=2πm Линейно-поляризованная волна

Плоско поляризованная волна как сумма двух взаимно перпендикулярных волн

y

E

Ex

Ey

x

 

 

Электромагнитная волна, в которой E и H строго фиксированные по направлению, называется линейно поляризуемой (или плоско поляризуемой). Если речь идет о световой волне, то говорят о плоско поляризованном свете. Атомы излучают свет отдельными цугами, и весь процесс носит случайный статистический характер. Это приводит к тому, что свет некогерентный и, что у каждого цуга волн собственная плоскость поляризации. Таким образом, в волне, которая излучаемый обычными источниками света, векторы E и H колеблются не в фиксированном направлении, а хаотически во всех направлениях, перпендикулярных лучу, то есть является не поляризованной. Естественный свет не поляризовано. Плоско-поляризованный свет возможно получить из естественного, если использовать поляризаторы - приборы пропускания колебаний параллельно плоскости поляризатора и
частично или полностью задерживающий перпендикулярные колебания. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую мы будем называть плоскостью поляризатора, и полностью или частично задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

Поляроиды – искусственно изготавливаемые коллоидные пленки, служащие для получения поляризованного света. Наиболее часто поляроиды изготавливают из герапатита – соединения йода с хинином. Герапатит представляет собой сильно вытянутые кристаллы размером 0,1 мм с ярко выраженным линейным дихроизмом.

Порошок герапатита вводится в расплавленный целлулоид, после чего его масса продавливается сквозь узкую щель и прокатывается в пленку. В результате ультрамикроскопические кристаллики герапатита ориентируются своими осями в одном направлении. Полученная пленка действует подобно турмалину как один кристалл и поглощает световые колебания, вектор E которых перпендикулярен оптической оси.

Поляроиды серийно изготавливаются с 1935 года. Они дешевле призм, легче, имеют больший апертурный угол (более 50°), могут иметь площадь более 1 м².

Недостатками поляроидов являются меньшие по сравнению с призмами коэффициенты пропускания (не боле 30 %), низкая термостойкость. В интенсивных световых потоках они нагреваются и выходят из строя (текут).

Поляризатор, задерживающий перпендикулярные к его плоскости колебания только частично, наз. несовершенным. Идеальный поляризатор (для краткости, просто поляризатор) полностью задерживает колебания, перпендикулярные к его плоскости, и не ослабляющих колебаний, параллельных плоскости

Если поляризатор частично задерживает перпендикулярные колебание, то он называется несовершенным. На выходе несовершенного поляризатора получаем частично поляризуемое свет, которое возможно представить, как смесь естественного и плоско поляризованного.

 

 степень поляризации

I- интенсивность

Для плоско поляризованной волны: I_min= 0, P= 1; для естественного света: I_max=I_min, P= 0 К эллиптически-поляризованному (круго-поляризованному) свету понятие степени поляризации не применимо (у такого света колебания полностью упорядочены, так что степень поляризации всегда равна единице)

φ

y

E0

Ey

Ex

x

Плоскость поляризатора

   закон Малюса

где: I₀ - интенсивность падающего света

φ - угол между плоскостью колебаний света и плоскостью поляризатора

Если на поляризатор падает естественный свет, то так как все φ равновероятны, поэтому <cos² φ>=1/2 и I=I₀/2. При вращении плоскости поляризатора интенсивность света не меняется, а меняется лишь плоскость колебаний света после выхода из прибора. Если свет поляризован, то при вращении поляризатора I>I₁>I₂ При падении естественного света на границу раздела двух изотропных (свойства сред одинаковы по всем направлениям) диэлектриков отраженный и преломлен лучи частично поляризуются, при этом в отраженном луче преобладают колебания перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном луче – параллельные плоскости падения. Степень поляризации определяется углом падения α.

 

 

 

. .

 

Если tgα_Бр = n₂₁ -закон Брюстера

где:  - угол падения

n₂₁=n₂/n₁ - относительный показатель преломления

α_Бр-угол полной поляризации - угол Брюстера. Тогда отраженный луч полностью поляризуется в плоскости перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый поляризуется частично - в нем подавляющее большинство колебаний, которые параллельны к плоскости падения. Следует учесть, что отсутствуют скачки фаз.

При  т.е. при , амплитуда  обращается в ноль. Следовательно, в отраженной волне присутствуют лишь колебания, перпендикулярные к плоскости падения, - отраженная волна полностью поляризована. Таким образом, закон Брюстера непосредственно вытекает из формул Френеля.