поляризоване світло
Поляризоване світло. Лінійно поляризований, поляризований по колу, еліпсу. Закон Малюса. Природне світло.
Природний і поляризоване світло.
У ряді оптичних явищ світло можна розглядати як електромагнітуюволну або совонупностьелектромагнітнихволн. Електромагнітна хвиля являє собою процес поширення в просторі змінних електричних і магнітних полів. Будь-яка електромагнітна хвиля поперечна: вектори електричної напруженості E і магнітної напруженості H взаємно перпендикулярні і коливаються перпендикулярно вектору швидкості v поширення хвилі. Вектори E і H змінюються синхронно і їх величини пов'язані співвідношенням:
де. - діелектрична і магнітна проникності середовища. 0. 0 - відповідно електрична і магнітна постійні.
Для опису світловий електромагнітної хвилі досить знати поведінку лише одного з векторів. Зазвичай всі міркування ведуться щодо световоговектора - вектора напруженості електричного поля E (це обумовлено тим, що при дії світла на речовину електрична складова поля хвилі надає істотно сильніше впливає на електрони в атомах в порівнянні з магнітною складовою).
Світло від звичайного джерела являє собою сумарне електромагнітне випромінювання безлічі атомів. Атоми випромінюють світлові хвилі незалежно один від одного, тому світлова хвиля, що випромінюється тілом в цілому, протягом деякого часу спостереження характеризується всілякими рівноімовірними коливаннями світлового вектора (мал.1а). Світло, вкотороморіентаціявектораEізменяетсясовременемслучайнимобразом, будемназиватьестественним (неполяризованим).
Світло, в якому напрямку коливань вектора E впорядковані якимось чином, називається поляризованим.
Світло називається лінейнополярізованним (або інакше плоско поляризованим), якщо в процесі його поширення вектор E робить коливання уздовж певного напрямку, тобто в одній площині, яку будемо називати плоскостьюполярізаціі (площину PP1. див. рис.1 б, е). Плоско поляризовану хвилю випромінює, наприклад, окремий атом.
Хвиля називається полярізованнойпокругу (або хвилею з циркулярною поляризацією), якщо кінець вектора E описує у фіксованій площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, окружність (рис.1 г)
Рис.1. Траєкторія руху кінця вектора E в довільній площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, при різних значеннях різниці фаз. між складовими Eх і Еу.
а) - неполяризована хвиля б), е) - лінійно - поляризована хвиля; в), д), ж) - еліптично поляризована хвиля; в) - хвиля, поляризована по правому колу ;.
Якщо дивитися назустріч поширення хвилі, то при обертанні кінця вектора E за годинниковою стрілкою кажуть оправойкруговойполярізацііволни (рис. 1в), а при обертанні проти годинникової стрілки, відповідно, олевойкруговойполярізаціі. Якщо кінець вектора E описує в просторі еліпс, то тоді говорять оелліптіческіполярізованнойволне (рис.1в, д, ж).
Природне світло можна перетворити в лінійно поляризований використовуючи поляризатори, тобто пристрою, пропускають коливання тільки певного напряму. Цей напрямок називають плоскостьюполярізатора. Якщо на поляризатор падає лінійно поляризоване світло, то інтенсивність I минулого через поляризатор світла і інтенсивність I0 падаючого світла пов'язані між собою співвідношенням:
де. - кут між напрямком коливань вектора напруженості електричного поля падаючої на поляризатор лінійно поляризований хвилі і площиною поляризатора (законМалюса). Більш детально це явище розглянуто в лабораторній роботі №6.
Світло є полностьюполярізованним, якщо дві взаємно перпендикулярні компоненти (проекції) вектора світлового пучка роблять коливання з постійною різницею фаз (? X. Y = const). Кінець вектора E (z, t) = Ex (z, t) + Ey (z, t) в площині XOY з плином часу буде описувати деяку замкнуту криву. У загальному випадку це - еліпс. Хвиля при цьому буде елліптіческіполярізованной.
З рівнянь (1) видно, що хвиля з круговою поляризацією може розглядатися, як результат складання двох лінійно поляризованих хвиль з взаємно перпендикулярними площинами поляризації, з рівними амплітудами і зрушенням фаз між ними, рівним? =? X -? Y = ±? / 2 , лінійно поляризована хвиля утворюється при зсуві фаз? =? x -? y = 0. радий.
Природне світло можна описати як суперпозицію некогерентних Х - хвилі і Y - хвилі, де початкові фази? X. і? y змінюються хаотично з плином часу.
Поляризація світла при відбиванні. Формули Френеля. Кут Брюстера, закон Брюстера.
Поляризація світла може відбуватися не тільки при пропущенні його через поляризатор, але і при відображенні світлової хвилі від кордону розділу двох діелектричних середовищ. Формули для коеф відображення світлової хвилі, в якій E або //, або. площині падіння, запропонував Френель. Площина падіння - площину, в якій лежать подає, відбитий, переломлених і нормаль до точки розділу.
Де i -кут падіння, r -кут заломлення. З (1) => при i + r = 90,? ?
УголБрюстера- кут падіння променя неполяризованого світла, при якому весь світ, відбитий від поверхні діелектрика, є плоскополяризованим.
Поляризація при подвійному променезаломлення. Звичайні та незвичайні промені.
Подвійне променезаломлення полягає в тому, що один промінь, падаючий на кристал (крім кристалів кубічної симетрії) поділяються на два променя, які йдуть в різних напрямках з різними швидкостями.
Ці промені є поляризованими по взаємно перпендикулярними площинами. Один називається звичайний і позначається «О», другий - незвичайний «е».
Звичайний промінь підпорядковується законам заломлення, зокрема, якщо падає на поверхню кристала нормально, то він не змінює свого заломлення. Незвичайний промінь не підкоряється цим законам.
Існує напрямок в кристалі, в якому обидва променя йдуть з одного швидкістю не розділяючись. Цей напрямок називається оптіческойосьюкрісталла. Площина, проведена через оптичну вісь кристала і падаючий промінь, називаються сеченіеміліглавнойплоскостьюкрісталла. Причина подвійного променезаломлення є изотропия кристалів, тобто властивості кристалів розрізняються за різними напрямками. Відзначимо, що звичайний промінь поляризований в площині перпендикулярній головній площині і головного перетину, а Незвичайний - площині паралельної головній площині.
Для незвичайного променя всі напрямки в просторі не будуть еквівалентними, тому що E в цьому промені буде спрямований під різними кутами до оптичної осі.
З цієї причини хвильовий фронт точкового (вторинного) джерела звичайної хвилі буде являти собою сферу, а Незвичайні хвилі - еліпсоїд обертання.
У зв'язку з цим швидкість? ? звичайної хвилі не залежить від напрямку і середу для звичайної хвилі можна охарактеризувати як? ?.
Особливу хвилю можна характеризувати швидкістю? ? в напрямку перпендикулярному оптичній осі -? ?.
По виду хвильової поверхні і по співвідношенню швидкостей? ? І? ? і кристали з двома променезаломленням поділяються на позитивні і негативні.
Для позитивних? ?>? ? =>? ?. Для негативних кристалів -? ? ? ?.
- кристал - ісландський шпат.
Виходячи з хвильового фронту за принципом Гюйгенса можна пояснити подвійне променезаломлення.