Анализ поляризованного света

Во всех способах преобразования естественного света в поляризованный, из естественного света полностью или частично отбираются составляющие с вполне определенной ориентацией плоскости поляризации. Эти способы основаны на явлении анизотропии –зависимости от направления, электрической и магнитной проницаемостей среды, отражающей или пропускающей свет. Обычно в оптике причиной поляризации явл. анизотропия и связанная с ней анизотропия , которая проявляется в зависимости фазовой скорости света в среде от направления его распространения и от ориентации плоскости поляризации. Устройства, предназначенные для получения поляризованного света, называют поляризаторами.

Опр. 18.1. Поляризаторы – устройства, пропускающие колебания только определенного направления.

Например, пропускающие колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью или частично задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Поляризатор, задерживающий перпендикулярные к его плоскости колебания только частично, мы будем называть несовершенным. На выходе из несовершенного поляризатора получается частично поляризованный свет.

Просто поляризатором мы будем называть идеальный поляризатор, полностью задерживающийперпендикулярные к его плоскости колебания, и не ослабляющий колебаний, параллельных плоскости.

Рассмотрим поведение пучка естественного света, на пути которого находится поляризатор.

Колебания амплитуды А, совершающиеся в плоскости, образующей с плоскостью поляризатора угол , можно разложить на два колебания с амплитудами и . Первое колебание пройдет через прибор, второе будет задержано. Интенсивность прошедшей волны , т.е. , получаем интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла и пропорциональна интенсивности падающей волны I₀: (18.1)

Это соотношение называется законом Малюса для плоскополяризованного света.

В естественном свете все значенияравновероятны. Поэтому доля света, прошедшего через поляризатор, будет равна среднему значению , т.е. : (18.2)

Рассмотрим опыты с турмалином (природный кристалл анизотропный в отношении колебаний вектора Е). Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина T₁ вырезанной параллельно оптической оси 0’0. Вращая кристалл T₁ вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не наблюдаем. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина Т₂ и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла между оптическими осями кристаллов по закону Малюса. Т.о. интенсивность прошедшего через пластинки света изменяется от минимума (полное гашение света) при =/2 (оптические оси пластинок перпендикулярны) до максимума при =0 (оптические оси пластинок параллельны).

Объяснение: первая пластинка турмалина пропускает колебания только определенного направления (направление показано стрелкой АВ) - преобразует естественный свет в плоскополяризовнанный. Вторая пластинка в зависимости от ее ориентации пропускает большую или меньшую часть поляризованного света, которая соответствует компоненту Е, параллельному оси второго турмалина. На рис. обе пластинки расположены так, что направления пропускаемых ими колебаний АВ и А'В' перпендикулярны друг другу. В данном случае T₁ пропускает колебания, направленные по АВ, а Т₂ их полностью гасит, т. е. за вторую пластинку турмалина свет не проходит.

Пластинка T₁, преобразующая естественный свет в плоскополяризованный - поляризатор. Пластинка Т₂, служащая для «анализа» степени поляризации света - анализатор. Обе пластинки совершенно одинаковы (их можно поменять местами). Если пропустить естественный свет через два поляризатора, плоскости которых образуют угол , то результирующая интенсивность будет

(18.3)

Для несовершенных поляризатора и анализатора: пусть доля света, который отразится или поглотится в поляризаторе; - доля света, который отразится или поглотится в анализаторе, тогда , (18.3’)