Естественный и поляризованный свет

Согласно электромагнитной теории световые волны поперечны. В единственной электромагнитной волне световой вектор колеблется только в одной плоскости. Значит, световая волна, по своей природе, поляризована. Однако же свет, испускаемый большинством источников света, например, раскаленными тавердыми телами,  не проявляет какой-либо поляризации. Почему? Потому, что естественный свет никогда не состоит из единственной волны. Световая волна состоит из множества цугов волн, испускаемых отдельными атомами совершенно случайно, и плоскости колебаний каждого цуга ориентирована совершенно случайно. В пучке естественного света колебания различных направлений представлены с равной вероятностью (рис.28).

Рис. 28

Свет, в котором направления колебаний каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, то такой свет называется плоско- либо линейно-поляризованным. Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора называется плоскостью колебаний. Эту же плоскость называют плоскостью поляризации. 

Для получения плоско-поляризованного света пользуются устройствами, называемыми поляризаторами. Поляризаторы свободно пропускают колебания в плоскости, которую называют плоскостью поляризатора. Колебание амплитуды А, происходящее в плоскости, образующей угол φ с плоскостью поляризатора можно разложить на два колебанияс амплитудами  и (рис.29).

                                                   Рис. 29

Первое колебание пройдет через поляризатор, второе будет задержано. Интенсивность прошедшей волны равна . Интенсивность падающего на поляризатор света равна . Поэтому это выражение примет вид:

.                                       (26)

Это соотношение называется законом Малюса.

Чтобы узнать, данный пучок света поляризован или нет, пользуются поляризатором: если при вращении поляризатора интенсивность проходящего пучка света остается неизменным, изменяется только ориентация плоскости поляризации прошедшего света,значит, падающий на поляризатор свет был не поляризован, если его интенсивность изменяется от максимального до нуля, значит, свет, падающий на поляризатор, плоско-поляризован. Поляризатор, используемый для такой цели, называется анализатором. 

В естественном свете все значения угла φ равновероятны, поэтому доля интенсивности света, прошедшего через поляризатор равна среднему значению , т.е. ½. Если естественный свет с интенсивностью  последовательно проходит через поляризатор и анализатор, интенсивность света прошедшего через анализатор, будет равна

.

Здесь φ – угол между плоскостями анализатора и поляризатора. Максимальная интенсивность света, прошедшего через анализатор, равна .

           Свет, в котором колебания светового вектора в одном направлении преобладают над колебаниями в другом направлении,называется частично поляризованным. Такой свет может быть рассмотрен как смесь естественного и плоско-поляризованного света.При пропускании такого света через поляризатор его интенсивность света изменяется в пределах от максимал-ного до минимального . Степень поляризации определяется как

.

    Если в пространстве накладываютсядруг на друга две когерентные световые волны с постоянной во времени разностью фаз, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны

то образуется результирующая волна, световой вектор которого описывает эллипс и такой свет называется эллиптически поляризованным. При разности фаз, равной π/2, и равенстве амплитуд складываемых волн, получается свет поляризованный по кругу. Эллиптически поляризованный свет получается при отражении от поверхности металла.