Лекции По Физике Оптике Для Дневников (Переверзев В. Г

20.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЯРИЗАТОРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

Пусть на пути электромагнитной волны расположена решетка из тонких, длинных, расположенных на расстоянии a < λдруг к другу проводников.

Если падающая на такую решетку электромагнитная волна поляризована так, что вектор параллелен проводникам, то волна через решетку не пройдет. Произойдет это по следующим причинам:

а) вектор падающей волны будет действовать на электроны проводников с силой (9.3.5);

б) электроны под действием этой силы начнут совершать вдоль проводников вынужденные колебания (14.5);

в) колеблющиеся электроны будут излучать электромагнитные волны (16.4.2) такой же частоты, что и падающая волна и такой же амплитуды, но фаза будет отличаться от падающей на π;

г) складываясь, эти две волны за решеткой погасят друг друга (18.1.2.1), а перед решеткой возникнет отраженная волна.

Если же падающая волна поляризована так, что вектор перпендикулярен проводникам, то заметных колебаний электронов в этом направлении возникнуть не может, амплитуда вторичной волны будет ничтожна, и первичная волна пройдет через решетку, не изменив свою интенсивность.

20.2.1. Поляроид

Для света длина волны λ = (0,4-0,76) 10-6ми изготовить решетку с периодом a < λне так просто. Но роль решетки могут играть очень длинные углеводородные молекулы, растянутые в определенном направлении. Электроны могут перемещаться

вдоль таких молекул, как вдоль проводников, и не могут - поперек. Таким образом, световая волна с вектором , направлен-

ным вдоль молекул поляроида, не пройдет через него. Волна, с вектором поперек молекул, пройдет почти без изменения ин-

тенсивности. Такое направление в поляроиде называется осью пропускания PP, она направлена перпендикулярно длинным осям молекул (см. рисунок ниже).

20.3. ЗАКОН МАЛЮСА

Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ.

Вектор световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, т.к. после него естественный свет стал поляризованным.

После второго поляроида останется лишь вектор , параллельный P'P'его оси пропускания:

.

Т.к. интенсивность света (16.5.4) I ~ E2, то, после второго поляроида интенсивность будет

.

где II - интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона

Малюса.

Если II выразить через I0, то закон Малюса примет вид:

.

20.3.1. Частично поляризованный свет. Степень поляризации

Закон Малюса строго выполняется лишь для идеальных поляроидов - поляризатора и анализатора.

Если эти поляроиды частично пропускают свет с вектором , перпендикулярным осям пропускания, то после поляризатора свет будет частично поляризован. Идеальный поляризатор при PPпараллельном P'P'пропустит свет интенсивностью Imax, а

при PPперпендикулярной P'P' - свет интенсивностью Imin.

Степенью поляризации частичного поляризованного света называется величина

.

При идеальном поляризаторе Imin = 0 и P = 1, свет плоскополяризован.

20.4. ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ И КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Пусть вдоль оси x распространяются две плоскополяризованные когерентные световые волны, у которых колебания вектора происходят вдоль осей y и z, соответственно (см. рисунок ниже).

Так как колебания векторов и когерентны, то при их сложении получится вектор , конец которого будет, в общем слу-

чае, описывать эллипс в плоскости y, z(14.3.4). Такой свет называют эллиптически поляризованным. Ориентировка эллипса и направление вращения конца вектора зависит от разности фаз α(14.3.4). При α = 0, α = ±π эллипс вырождается в прямую:

результирующая волна будет плоскополяризована. При α = ±π/2 и конец вектора будет двигаться по кругу. В этом случае говорят, что свет поляризован по кругу.

20.5. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ПРИ ОТРАЖЕНИИ И ПРЕЛОМЛЕНИИ

Если на границу раздела двух сред падает под углом, отличным от нуля, естественный свет, то отраженная и преломленная световая волна будут частично поляризованы.

20.5.1. Формулы Френеля

На рисунке изображены и обозначены соответствующими значками составляющие векторов напряженности электри-

Относительные значения этих величин следуют из граничных условий, налагаемых на электрическое и магнитное поле свето-

вой волны. Формулы, связывающие компоненты векторов , были впервые получены О. Френелем и носят название формул Френеля:

Эти формулы и позволяют рассчитать степень поляризации (20.3.1) отраженной и падающей волны для произвольного угла падения.

20.5.2. Закон Брюстера

Пусть угол падения iтаков, что отраженный луч перпендикулярен преломленному, т.е. r = π/2 - iБр. Это условие называют условием Брюстера (см. рисунок ниже), а угол - углом Брюстера - iБр.