Тема 4. Поляризация света

4.1. Естественный и поляризованный свет

4.2. Поляризация при отражении и преломлении

4.3. Двойное преломление света

4.4. Закон Малюса

4.5. Искусственная анизотропия

4.6. Вращение плоскости поляризации

4.1. Естественный и поляризованный свет

Основное свойство электромагнитных волн – поперечность колебаний векторов напряжённости электрического и магнитного полей по отношению к направлению распространения волны

И злучение естественных источников представляет собой пример электромагнитных волн со всевозможными равновероятностными ориентациями вектора

Такой свет называют неполяризованным или естественным.

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно-поляризованной или плоскополяризованной.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор называется плоскостью колебаний (плоскость yz), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор – плоскостью поляризации (плоскость xz ).

Если вдоль одного и того же направления распространяются две монохроматические волны, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, то в результате их сложения в общем случае возникает эллиптически-поляризованная волна .

Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет, называют поляризаторами. Когда те же самые приборы используют для анализа поляризации света, их называют анализаторами.

Через такие устройства проходит только та часть волны, у которой вектор E колеблется в определенном направлении. Это направление называют главной плоскостью поляризатора (анализатора).

После прохождения поляризатора, он будет линейно поляризован в направлении OO' . Интенсивность света при этом уменьшится наполовину. Это объясняется тем, что при случайных ориентациях вектора E все направления равновероятны.

Интенсивность света будет максимальна, если оси обоих кристаллов параллельны, и равна нулю, если оси перпендикулярны друг другу.

Все это можно объяснить следующим образом:

• световые волны поперечны, однако в естественном свете нет преимущественного направления колебаний;

• кристалл поляризатора пропускает лишь те волны, вектор E которых имеет составляющую, параллельную оси кристалла (именно поэтому поляризатор ослабляет свет в два раза);

• кристалл анализатора, в свою очередь, пропускает свет, когда его ось параллельна оси поляризатора.

4.2. Поляризация при отражении и преломлении

Свет поляризуется при отражении от границы двух сред и при прохождении границы – при преломлении.

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном луче – колебания параллельные плоскости падения.

Степень поляризации зависит от угла падения. Если луч падает на границу двух сред под углом α, удовлетворяющим условию

,

где n₂₁ – показатель преломления второй среды относительно первой, то отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Преломленный луч – поляризован частично .

Угол α, удовлетворяющий условию tg α =n₂/ n₁ , называется углом Брюстера. При α = α_Б угол между отраженным и преломленным лучами равен π/2.

При отражении естественного света от диэлектрика (диэлектрического зеркала) используется формула Френеля для расчета степени поляризации:

где J_x и J_y – интенсивности света по осям x и y.