Естественный и поляризованный свет

Лекция № 4

Тема 4. поляризация света

4.1. Естественный и поляризованный свет.

4.2. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

4.3. Двойное лучепреломление. Поляризаторы.

4.4. Закон Малюса. Поляризационные призмы.

4.5. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра, эффект Коттона-Мутона, фотоупругость.

Явление поляризации света состоит в упорядочении ориентации векторов напряженностей электрического и магнитного полей световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Поляризация света – одно из явлений, где очень наглядно проявляются его волновые свойства. Отметим, что только это явление подтверждает поперечность световых, а значит, и любых других электромагнитных волн.

В естественном свете, который испускают обычные источники, направления колебаний векторов и в каждой заданной точке луча зависят от времени, т.е. совершаются в разных направлениях, перпендикулярных лучу. Колебания с различными направлениями векторов достаточно быстро (за время ~10^-8 с) и беспорядочно сменяют друг друга (рис. 4.1.1).

Свет, в котором направления колебаний векторов и электромагнитной волны упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания светового вектора (вектора ) происходят только в одной, проходящей через луч плоскости, то свет называется плоско- или линейно-поляризованным (рис. 4.1.2).

Возможны и другие виды поляризации света. Например, упорядоченность ориентации векторов поля волны может заключаться в том, что вектор поворачивается вокруг луча (в определенном направлении) и его конец описывает в пространстве эллипс. Такой свет называется поляризованным по эллипсу или эллиптически-поляризованным (рис. 4.1.3).

Если конец вектора описывает окружность, свет называется поляризованным по кругу или циркулярно-поляризованным (рис. 4.1.4). Возможны два типа круговой и эллиптической поляризации: правая и левая поляризации. Если смотреть на луч света то, при правой поляризации вращение происходит по часовой стрелке, при левой – против часовой стрелки (рис. 4.1.5).

Линейно- и циркулярно-поляризованный свет представляет собой частные случаи эллиптически поляризованного света. Так как колебания любого вектора можно представить как сумму колебаний двух взаимно перпендикулярных векторов[1] одинаковой частоты w, но с разной фазой d:

, (4.1.1)

и . (4.1.2)

Если и , то направление суммарного колебания будет изменяться по кругу, причем вектор вращается по ходу часовой стрелки при четном n и против часовой стрелки при нечетном n.

Если , то направление суммарного колебания будет лежать в плоскости.

В других случаях получается, что направление суммарного колебания будет изменяться по эллипсу.

Также существует частично-поляризованный свет. В нем присутствуют всевозможные направления колебаний вектора , но разной амплитуды. Частично-поляризованный свет, как и естественный, можно представить в виде наложения двух некогерентных плоско-поляризованных волн с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, но разными по интенсивности (I _max и I _min). Частично поляризованный свет также можно представить как сумму естественного и линейно поляризованного света. Частично-поляризованный свет характеризуют степенью поляризации Р, которую определяют как:

, (4.1.3)

где – интенсивность поляризованной составляющей; – полная интенсивность частично-поляризованного света.

Для плоско-поляризованного света степень поляризации Р = 1, для естественного света – Р = 0. Для эллиптически-поляризованного и циркулярно-поляризованного света понятие «степень поляризации», а значит и формула (4.1.3), не применимы.

Дата добавления: 2015-06-04