|
Пусть электромагнитная волна (свет) распространяется вдоль координатной оси z (рис.7.1). В силу поперечности электромагнитной волны, напряженность электрического поля (вектор Е) колеблется в плоскости х, у. Если ориентация вектора Е меняется хаотично, свет называют неполяризованным или естественным. Если ориентация вектора Е изменяется упорядоченно, свет называют поляризованным. Промежуточный случай - частично поляризованный свет.
Различают следующие виды поляризации:
Линейная или плоская поляризация: в заданной точке пространства конец вектора Е движется по прямой линии, перпендикулярной направлению распространения света. Если изобразить «мгновенную фотографию» векторов Е, начинающихся на одном луче (ось z на рис.6.1), то все эти векторы окажутся в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации света.
Эллиптическая поляризация (в частном случае круговая): конец вектора Е движется по эллипсу (в частности - по окружности). Линейную поляризацию также можно считать частным случаем эллиптической поляризации. Волну с эллиптической поляризацией можно представить как суперпозицию двух волн с линейными поляризациями (рис.7.2)
|
|
В зависимости от соотношения амплитуд Еmx, Еmy и от разности фаз d колебаний компонент Еx и Еy получаются различные виды поляризации.
Линейная: E x=0 или E y=0 или d=p m.
Эллиптическая: Е ¹ О; Еy ¹ 0; d ¹ p m.
Круговая: амплитуды колебаний Еx и E y одинаковы, E mx = E mx,d =± p/2.
Неполяризованный свет: амплитуды Еmx и E my одинаковы, при этом d хаотически изменяется в широких пределах, т.е. колебания Еmx и Е my некогерентны. В этом случае все направления в плоскости х, у эквивалентны.
Если E mx ¹ E my и колебания E mx и E my некогерентны, получаем свет с частичной поляризацией, который можно представить как суперпозицию поляризованного света с интенсивностью I пол и естественного света с интенсивностью I ест (рис.7.3):
I = I пол + I ест (7.0)
Степенью поляризации Р частично поляризованного света называется доля поляризованного света в полной интенсивности излучения:
(7.1)
Для поляризованного излучения Р =1, для естественного света Р =0. Измерять Р можно с помощью поляризатора-анализатора.
Лампы накаливания, люминесцентные излучатели, газоразрядные и многие другие источники света дают неполяризованный (естественный) свет. Свет с линейной поляризацией дают некоторые типы лазеров. Используя различные оптические явления и (или) анизотропные материалы (кристаллы) можно из естественного света получить свет с желаемой поляризацией.
|
|
Поляризатор - прибор, пропускающий излучение с определенным направлением колебаний вектора Е (это направление называют плоскостью поляризатора) и задерживающий излучение с другими направлениями колебаний. Если на поляризатор падает линейно поляризованный свет с вектором напряженности Е, и плоскость поляризации света составляет угол a с плоскостью поляризатора, то в волне, прошедшей через идеальный поляризатор, останется только компонента Е1, параллельная плоскости поляризатора (рис.7.4):
Е1 = Е cosa; E 2 = 0.
Поскольку интенсивность пропорциональна среднему квадрату напряженности, то для интенсивности линейно поляризованного света, прошедшего через идеальный поляризатор, получаем соотношение, называемое законом Малюса:
I1 = Iсоs2a. (7.2)
При падении на поляризатор естественного света, в прошедшей волне останется одна из компонент колебаний, параллельная плоскости поляризатора, т.е. естественный свет превращается в линейно поляризованный. Интенсивности, соответствующие ортогональным колебаниям, в естественном свете одинаковы, и каждая из них равна половине общей интенсивности I ест После поляризатора имеем волну с интенсивностью одной из ортогональных компонент:
(7.3)
При падении на поляризатор частично поляризованного света интенсивность прошедшего света зависит от ориентации поляризатора более сложно. Обращаясь к рис.7.3 и учитывая (7.2) и (7.3), найдем:
При a=0 интенсивность максимальна, при a=p/2 - минимальна:
Поворачивая идеальный поляризатор вокруг оси z и измеряя интенсивность прошедшего света, можно найти степень поляризации падающего света:
(7.4)
Неидеальный поляризатор имеет коэффициент пропускания k1 < 1 для колебаний, параллельных плоскости поляризатора, и коэффициент пропускания k2 < k1 для колебаний, перпендикулярных ей. Естественный свет по прохождении через такой поляризатор становится частично поляризованным со степенью поляризации
(7.5)
Анализатор - так часто называют поляризатор, используемый для анализа поляризации излучения.