Поляризация света. Закон Малюса. Вращение плоскасти поляризации. Закон Фарадея

а)

в)

Рис. 4.1 Виды света а) естественный;б) частично поляризованный в)поляризованный.

б)

E 1

E 2

E 3

E 4

Из теории Максвелла сле­дует, что свет представляет совокупность множества по­перечных электромагнитных волн: векторы напряженностей электрического Е_i и магнитного H_i полей у каждой волны взаимно перпендику­лярны и колеблются перпенди­кулярно скорости υ рас­пространения волны

Свет представляет собой сово­купность световых волн, излучаемых множеством отдельных атомов, которые излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световые волны со всевозможными равновероят­ными колебаниями векторов Е_i называется естественным (рис. 4.1 а). Свет, в котором существует преимущест­венная (но не единственная) ориентация колебаний векторов Е_i для всех волн называется частично поляризованным (рис. 4.1 б). Степень поляризации света определяется выражением:

где I _max –интенсивность колебаний преобладающего направле­ния; I _min - интенсивность колебаний в направлении, перпендику­лярном преобладающему. Для естественного света (I _max = I _min) степень поляризации Р = 0. Различают три вида поляризации света: эллиптическую, круговую и плоскую (или линейную). С точки зрения математики колебания светового век­тора Е_с в любой точке пространства можно представить резуль­татом сложения двух взаимно перпендикулярных линейно поля­ризованных колебаний векторов Е _х и Е _у (рис. 4.2), которые колеблются по законам

Еу

Ех

Е

Рис. 4.2

Е_х = Е _{0 х} cos (ωt+j₁)

Е_y = Е_{0 y} sin (ωt+j₂)

Уравнение траектории, которую описывает конец результирующего вектора Е при сложении взаимно перпендику­лярных гармонических колебаний одинаковой частоты имеет следующий вид:

-Ех

у

х

-Еу

Еу

Ех

а)

у

х

- Ех

Еу

Ех

в)

-Ех

б)

х

у

-Еу

Еу

Ех

Рис. 4.3 Виды поляризованного света: а) эллиптическая поляризация; б) круговая поляризация; в) линейная поляризация.

-Еу

где Е _{0 х} и Е _{0 у} – амплитуды складываемых колебаний, j₂ - j₁ – разность фаз колебаний. При произвольном постоянном значе­нии разности фаз траектория, описываемая результирующим вектором Е является эллипсом (рис. 4.3 а), размеры которого зависят от амплитуд Е _{0 х} и Е_0у складываемых колебаний и разности их на­чальных фаз j₂ - j₁. Такой свет называется эллиптически поля­ризованным.

Если разность фаз j₂ - j₁ = (2 m +1) π /2, где m = 0,±1,±2, …и амплитуды Е _{0 х} = Е _{0 у} , то траектория результирующего вектора Е представляет собой окружность (рис. 4.3 б), а свет

называется поляризованным по кругу (или циркулярно поляризованным):

При разности фаз j₂ - j₁ = mπ, где m = 0, ±1, ±2,… эллипс вырождается в отрезок прямой (рис. 4.3 в):

Е_у = ±(Е _0у/ Е _{0 х} ) Е_х

Такой свет называется линейно поляризованным (плоско поляризованным).

Свет от естественных источников может приобрести час­тичную или полную поляризацию при взаимодействии с веще­ством. Поляризация света состоит в выделении из светового пучка колебаний определенного направления. Для этой цели ис­пользуют специальные устройства, называемые поляризато­рами.