3.4.1.Естественний і поляризоване світло. Форма і ступінь поляризації монохроматичних хвиль
Поляризованим називається світло, в якому напрямку коливань світлового вектора впорядковані якимось чином. У природному світлі коливання різних напрямків швидко і безладно змінюють один одного.
Розглянемо два взаємно перпендикулярних електричних коливання, що відбуваються уздовж осей х і у, і відрізняються по фазі на .
результуюча напруженість
, кут між векторами
і
визначається виразом
Якщо різниця фаз зазнає випадкові хаотичні зміни, то кут , а значить, і напрямок вектора
, буде відчувати стрибкоподібні невпорядковані зміни. В цьому випадку природне світло можна уявити як накладення двох некогерентних електромагнітних хвиль, поляризованих у взаємно перпендикулярних площинах і мають однакову інтенсивність. Будемо вважати світлові хвилі когерентними, і = 0 або = . тоді
і результуюче коливання відбувається в фіксованому напрямку - хвиля виявляється плоскополяризоване.
якщо
і
, тоді-площину коливань повертається навколо напрямку променя з кутовий швидкістю, рівній частоті колебаній. Світло виявляється поляризованим по колу.
У разі довільного значення світло виявляється еліптично поляризованим, кінець вектора
рухається по еліпсу.
Залежно від напрямку обертання вектора
розрізняють праву і ліву еліптичну і кругову поляризацію. Якщо по відношенню до напрямку, протилежного напрямку поширення променя, вектор
обертається за годинниковою стрілкою, поляризація називається правою, в іншому випадку - лівої.
Площина, в якій коливається світловий вектор в плоскополяризоване хвилі, називають площиною коливань. Перпендикулярна до неї площину називається площиною поляризації.
Плоскополяризоване світло можна отримати з природного за допомогою поляризаторів. Це прилади, які вільно пропускають коливання, паралельні площині поляризатора, і повністю або частково затримують коливання, перпендикулярні його площині. Поляризатор, частково затримує перпендикулярні до його площини коливання, називають недосконалим. При виході з такого поляризатора коливання одного напрямку переважають над коливаннями інших напрямків в світловій хвилі. Таке світло називають частково поляризованим.
Якщо частково поляризоване світло пропустити через поляризатор і повертати прилад навколо променя на кут
, інтенсивність минулого світла буде змінюватися від
до
. Ступінь поляризації світла
Для плоскополяризованого світла, для природного світла
Коливання амплітуди А, що відбуваються в площині, що утворює з площиною поляризатора кут . можна розкласти на два коливання з амплітудами
і
(Ріс.3.4.1). Перше коливання пройде через прилад, друге буде затримано. Інтенсивність пройшла хвилі пропорційна, тобто дорівнює
, коливання, паралельне площині поляризатора, несе частку інтенсивності
. У природному світлі всі значенія різновірогідні, тому частка світла, що пройшло через поляризатор, дорівнює середньому значенню
, т.е.1 / 2. При обертанні поляризатора навколо напрямку природного променя інтенсивність минулого світла залишається однією і тією ж, змінюється лише орієнтація площини коливань світла, що виходить з приладу.
Нехай на поляризатор падає плоскополяризоване світло амплітуди
і
і
нтенсівності
(Ріс.3.4.2). Крізь прилад пройде складова коливання з амплітудою
, где - кут між площиною коливань падаючого світла і площиною поляризатора. Тоді інтенсивність минулого світла
Це закон Малюса.
Якщо на шляху променя поставити два поляризатора, площини яких утворюють кут . то з першого поляризатора вийде плоскополяризоване світло з інтенсивністю
, де
- інтенсивність природного світла, а з другого поляризатора вийде світло з інтенсивністю
, і інтенсивність світла, що пройшло через обидва поляризатора, дорівнює
Максимальна інтенсивність
виходить при
(Поляризатори паралельні), мінімальна інтенсивність дорівнює нулю при
- схрещені поляризатори не пропускають.
Якщо на поляризатор падає еліптично поляризоване світло, поляризатор пропускає складову
вектора
(Ріс.3.4.3). Максимальне значення цієї складової досягається в точках 1 і 2, і амплітуда вийшов з приладу плоскополяризованого світла дорівнює довжині відрізка 01`. При обертанні поляризатора навколо напрямку променя інтенсивність змінюється в межах від
(При збігу площини поляризатора з велика піввісь еліпса) до
(При збігу площини поляризатора з малої полуосью еліпса). Такий же характер зміни інтенсивності при обертанні поляризатора виходить і в разі частково поляризованого світла.
Схожі статті
