Поляризованный и естественный свет

Лабораторные работы №8

«ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА»

Цель работы: Изучение способов получения поляризованного света. Проверка закона Малюса.

Приборы и материалы: источник света, поляроиды, мультиметр, пластинки слюды.

Поляризованный и естественный свет.

Световые волны поперечны: электрический вектор и магнитный вектор волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендику­лярной направлению распространения волны - вектору скорости волны V.

На рис.1 представлена моментальная фотография плоской монохроматиче­ской волны, распространяющейся в направлении оси X. Поля и волны лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такая волна называется плоско или линейно поляризованной. Векторы и в каждой точке простран­ства ориентированы вдоль одной линии. В общем случае поле плоской монохро­матической волны представляет собой сумму двух взаимно перпендикулярных по­лей, соответствующих двум линейно поляризованным волнам с разностью фаз π/2. Такая волна называется эллиптически поляризованной, её поле может быть за­писано в виде:

Е_у= Е₀₁ cosω(t-х/V); Е_Z= ±Е₀₁ sinω(t-х/V);

Н_Z=Н₀₁ cos ω(t-х/V); Н_у=±Н₀₁ sinω(t-х/V); (1)

Световое действие связано лишь с электрическим полем волны, поэтому будем в дальнейшем рассматривать лишь вектор (световой вектор). Из (1) следует, что в эллиптически поляризованной волне конец вектора в каждой точке пространства описывает с течением времени эллипс, полуоси которого равны E₀₁ и E_02. Вращение этого вектора происходит либо по часовой стрелке, либо против нее, если смотреть вдоль оси X чему соответствуют знаки + или - в выражении для Е. В первом случае говорят о правополяризованной, а во втором - о левополяризованной волне. В частном случае, когда E₀₁ = E₀₂ и эл­липс вырождается в окружность, говорят о круговой поляризации волны. По­скольку волна распространяется вдоль оси X концы векторов и описывают в пространстве в общем случае спирали с шагом, равным длине волны l.

Уравнение (1) соответствует бесконечно длящемуся волновому процессу. Реальные волновые процессы всегда конечны во времени и пространстве, поэтому реальные световые волны – немонохроматичны, а следовательно не поляризованы. Обычные источники света являются совокупностью быстро высвечивающихся (в течение времени ) элементарных источников (атомов или молекул), испускающих свет независимо друг от друга, с разными фазами и с разными ориентациями векторов и . Возникающее электромагнитное излучение называется естественным светом. В нём все направления поля в плоскости, перпендикулярной к , представлены с одинаковой вероятностью. Поэтому естественный свет обладает (статистически) осевой симметрией относительно направления его распространения. Для линейно поляризованного света и для так называемого частично-поляризованного света (суммы естественного и линейно поляризованного) симметрии этой нет.

Для получения, из естественного света линейно поляризованного применяются специальные оптические приспособления – поляризаторы. Направление колебаний электрического вектора в волне, прошедшей через поляризатор, называется разрешенным или главными направлением поляризатора. Ниже приводятся способы получения поляризованного света.