Глава 11. Поляризация оптического излучения

11.1. Фотон - электронное взаимодействие в диэлектриках [10, с. 42]

Как и в случае дисперсии (глава 9) в основе явления поляризации лежит взаимодействие электромагнитного поля световой волны с внешними валентными электронами диэлектрика. В главе 1 было показано, что вся кристаллическая (или аморфная) структура твердого тела практически "перекрыта" связями внешних валентных электронов. Процесс прохождения фотона через диэлектрик – это про­цесс многократных трансформаций энергии электромагнитного поля в энергию валентного электрона и энергии валентного электрона в энергию вторичных фотонов той же частоты, что и у исходных фо­тонов. Акты таких трансформаций происходят до тех пор, пока пос­ледний из вторичных фотонов не покинет пределов диэлектрика. Поскольку на трансформацию энергии уходит некоторое время, груп­повая скорость любого волнового пакета в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

11.2. "Естественный" или "неп0ляри3ованный" сβετ [4, с. 435]

В процессе излучения фотонов у них формируется собствен­ное электрическое и магнитное поле определенной ориентации, за­висящей от характеристик валентного электрона. Характеристики электрона-излучателя зависят от типа кристаллической структуры, типа связей в этой структуре, валентности ионов в узлах, дефек­тов (см. гл. 1).

При распространении электромагнитного поля в вакууме век­тор напряженности электрического поля у каждого из фотонов остается параллельным самому себе. Поскольку число фотонов, формирующих волновой пакет, достаточно велико, многочисленно и число ориентации векторов в волновом пакете, тем более - в различных пакетах. Такое излучение обычно называют "естественным светом" или "неполяризованным" электромагнитным полем.

11.3. Поляризация как физическое явление

Под ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ света, как физическим явлением, обычно понимают 2 группы процессов.

Рисунок 11.1

Рисунок 11.2

1) Процесс выделения колебаний векторов с заданной ориентацией из всего многообразия колебаний , присутствующих в естественном свете (получение линей­но-поляризованного света, рис. 11.1).

2) Процесс создания таких условий, при которых вектор начинает изменяться по некоторому заданному закону (получение, например, циркулярно-поляризован­ного света, рис. 11.2).

Устройства, в которых происходит поляризация 1-го или 2-го типов, называются ПОЛЯРИЗАТОРАМИ или ПОЛЯРОИДАМИ (Пл, Пц - рис. 11.1, 11.2).

Как видно из рисунка 11.1, после прохождения естественно­го света через поляроид (Пл) из всего многообразия колебаний в волновом пакете остались лишь ко­лебания типа . Такая волна называется линейно-поляризованной.

Рисунок 11.3

Механизм линейной поляризации можно пояснить на следующем приме­ре. Пусть в естественном свете присутствуют волны двух типов и , распространяющихся в направлении (рис. 11.3). Если коэффициент упругости валентного электрона диэлектрика вдоль оси равен , а вдоль оси равен ,и , то вдоль оси в поляроиде деформация электрона возможна, а следовательно, возможна и генерация вторичных волн типа . Волны же типа не СМОГУТ "раскачать" валентный электрон вдоль оси и их энергия пойдет на нагрев поляроида. В результате поляризатор пропустит волну типа и задержит волну типа . Такова суть линейной поляризации, как процесса, который произо­шел с "волновым пакетом" из двух волн и . Очевидно, что в основе этого типа поляризации лежит явление АНИЗОТРОПИИ кристаллов (см. гл. 1).

Из рисунка 11.2 видно, что предварительно линейно-поля­ризованная волна пройдя через поляроид Пл, превращается в ЦИРКУЛЯРНО-ПОЛЯРИЗОВАННУЮ. Т.е. вектор начинает вращаться вокруг вектора скорости с угловой скоростью , равной циклической частоте электромагнитной волны.

Особенности циркулярно-поляризованного излучения будут рассмотрены в следующих разделах гл.11.