Глава 3.7. Поляризация света

Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны определенной длины, которые являются поперечными.

Векторы напряженностей электрического и магнитного полей E и Н, перпендикулярные между собой, перпендикулярны направлению распространения волны. (7, с.367.)

Ориентированное естественное монохроматическое излучение образовано множеством электромагнитных волн, у которых векторы E и H колеблются в самых различных направлениях в плоскости, перпендикулярной распространению света (рис. 8).

Процесс получения в направленном световом излучении световых волн, имеющих колебания в строго определенной плоскости, называется поляризацией света.

Свет может быть полностью поляризованным и частично поляризованным. Частично поляризованным называется свет, в котором преимущественно одно направление колебаний, а другие являются частичными.

Плоскость, перпендикулярная плоскости вектора Е, называется плоскостью поляризации. При описании состояния поляризации достаточно использовать только вектор Е.

Поляризация света происходит при прохождении света через некоторые вещества, при отражении и преломлении на границах раздела сред. Она возникает только в оптически анизотропных средах, таких, как турмалин, исландский шпат и др.

В качестве примера рассмотрим прохождение света через две пластины из турмалина. Каждая из пластин в отдельности прозрачна для света. Если же его пропустить через пластины, установленные друг за другом, то интенсивность проходящего света будет меняться в зависимости от взаимного положения оптических осей кристаллов. При вращении одной из пластин наибольшая интенсивность проходящего света наблюдается в том случае, когда оптические оси кристаллов параллельны. Затем его интенсивность уменьшается, и в положении, когда оптические оси будут перпендикулярны, свет не проходит. Следовательно, пластина турмалина естественный свет поляризует, пропуская только то излучение, у которого колебания вектора Е совершаются лишь в плоскости, параллельной оси кристалла, и не пропуская излучение с колебаниями в плоскости, перпендикулярной к ней.

Устройство, предназначенное для получения поляризованного света, называется поляризатором. Устройство, с помощью которого определяется поляризация света, называется анализатором.

Для получения поляризованного света широко применяются специальные пленки с нанесенными на их поверхность кристаллами герапатита, оси которых строго ориентированы. (Герапатит - соединение йода с хинином.) Такие пленки-поляризаторы называются поляроидами.

При отражении света от полированной поверхности стекла или иного диэлектрика, а также при преломлении на поверхностях раздела сред происходит его частичная поляризация. Степень поляризации света зависит от угла падения eи показателя преломления вещества п. При определенных значениях угла падения происходит полная поляризация отраженного света. Эта зависимость выражается законом Брюстера. tge = n, а угол e называется углом полной поляризации или углом Брюстера.

Таким образом, простейшим поляризатором является полированная поверхность стеклянной пластины. Свет, отраженный от полированной поверхности, частично поляризован в плоскости падения (рис. 9).

При преломлении поляризация света составляет всего около 15-17%. Для получения полной поляризации света плоскопараллельные пластины соединяются в стопу из 8-10 штук. Свет, преломленный на границе оптических сред, линейно поляризован в плоскости падения лучей и ориентирован перпендикулярно плоскости колебания отраженных лучей (рис. 10).

На явлении поляризации основан принцип действия разнообразных оптических приборов, называемых поляризационными.

Поляризационные приборы применяются для научных исследований кристаллохимической и магнитной структуры твердых тел, структуры кристаллов, упругих напряжений в конструкциях, при диагностике плазмы, в технике для плавной регулировки интенсивности светового пучка, для создания светофильтров и модуляторов излучения как составных элементов оптической связи, определения концентрации растворов и других целей.