Естественный и поляризованный свет

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.

Лекция 4.

В параграфе 3 мы рассматривали теорию Максвелла. Первым следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно световому лучу). Световой луч – направление распространения световой волны.

Утверждение, что свет - поперечные электромагнитные волны, основано на результатах огромного числа экспериментальных исследований дифракции, интерференции и поляризации света и распространения света в анизотропных средах. Т.к. векторы Е и Н взаимно перпендикулярны, то для описания закономерностей поляри­зации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора.

Опр. 17.1. Световой вектор — вектор напряженности Е электрического поля (название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля воьфяаалны, действующая на электроны в атомах вещества).

Источники света состоят из огромного числа частиц-излучателей (молекул, атомов). Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества таких элементарных излучателей, которые излучают световые во­лны независимо друг от друга. Поэтому световая волна, излучаемая телом в це­лом, характеризуется всевозможными рав­новероятными колебаниями светового век­тора. Атомарных излучателей очень много – направление векторов Е не определено (оно непрерывно и беспорядочно меняется за чрезвычайно малые промежутки времени) – считаем вектор Е рав­номерно распределенным в пространстве. Интенсивностьизлучениякаждого из атомов в среднем одинаково - равенство амплитудных значений векторов Е.

Опр.17.2. Свет со всевозможными равновероятными ориентациямисветовоговектора называется естественным (неполяризованным).

Создав определенные условия на пути распространения естественного света, можно выделить из него определенное направление колебаний вектора Е, которое будет единственным или преимущественным.

Опр.17.3. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

Рассмотрим световой вектор Е. Его, как и всякий вектор, можно представить в виде суммы его проекций на 2 взаимно перпендикулярных направления (выбираемых в плоскости, поперечной направлению распространения света). В естественном свете разность фаз между такими проекциями непрерывно и хаотически меняется. В полностью поляризованном свете эта разность фаз строго постоянна, – взаимно перпендикулярные компоненты Е когерентны. Полную поляризацию монохроматического света характеризуют проекцией траектории конца вектора Е в каждой точке луча на плоскость, перпендикулярную лучу. В общем случае такая проекция – эллипс (учитывая постоянство разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора Е и одинаковость частоты их колебаний в монохроматической волне).

Опр. 17.4. Эллиптически поляризованный свет — свет, для которого вектор Е (вектор Н) изменяется со временемтак,что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу.

В зависимости от направления вращения вектора Е различают правую и левую эллиптическую поляризацию. Наибольший интерес представляют предельные случаи эллиптической поляризации света:

1. Если разность фаз равна 0 или , то эллипс поляризации вырождается в прямую и говорят о линейной поляризации света.

Разность фаз: 300 900 00 1800 Разность хода: 0

Опр. 17.5. Свет, в котором световой вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, наз. плоско-поляризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в плоскополяризованной волне, наз. плоскостью колебаний. По историческим причинам плоскостью поляризации была названа не плоскость, в которой колеблется вектор Е, а перпендикулярная к ней плоскость.

2. Если разность фаз равна , то эллипс поляризации вырождается в окружность, и говорят о циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) свете.

Замечание. В дальнейшем мы будем рассматривать преимущественно плоскополяризованный свет.

Если фазовое соотношение между компонентами Е меняется, но не хаотически, а существует некоторый преимущественный фазовый сдвиг, сохраняющийся в течении довольно длительного времени, то говорят о частично поляризованном свете.

Опр.17.6. Если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное) направление колебаний вектора Е, свет является частично поляризованным.

Частично поляризованный свет можно рассматривать как «смесь» двух крайних видов – полностью поляризованного и естественного. Их соотношение характеризуется степенью поляризации: , (17.1)

где и - максимальная и мини­мальная интенсивности света, соответ­ствующиедвум взаимно перпендикуляр­ным компонентам вектора Е. Для естественного света =и Р=0, для плоскополяризованного =0 и Р=1. К эллиптически поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо.