Лекция 8

6.8 Поляризация света

6.8.1 Естественный и поляризованный свет

Элементарными излучателями света являются возбужденные частицы

вещества — атомы, молекулы, ускоренно движущиеся электроны и т. д. Макроскопические источники света содержат в себе громадное множество элементарных излучателей, которые в очень большом числе случаев испускают свет, независимо друг от друга. При этом фазы электромагнитных волн, излучаемых отдель­ными электромагнитными излучателями, испытывают быстрые хао­тические изменения. Столь же быстро и хаотически меняются на­правления векторов и световых волн, испускаемых элементарными излучателями. Вследст­вие этого и результирующее излучение макроскопических источников света испытывает такого же рода хаотическое изменение фазы волны и направления и . Свет, у которого направление векто­ров напряженности электри­ческого и магнитного полей беспорядочно изменяется в пространстве, как это имеет место у большинства естест­венных источников света, на­зывают неполяризованным, или, иначе, естественным светом.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Если появляется преимущественное направление колебаний вектора , то свет называется частично поляризованным.

Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоско поляризованным (линейно поляризованным).

Вектор называют световым вектором. Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации.

Е сли 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. Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны изображено на рисунке  55

В эллиптически-поляризованной волне в любой плоскости P, перпендикулярной направлению распространения волны, конец результирующего вектора за один период светового колебания обегает эллипс, который называется эллипсом поляризации. Форма и размер эллипса поляризации определяются амплитудами a_x и a_y линейно-поляризованных волн и сдвигом фаз Δφ между ними. Частным случаем эллиптически- поляризованной волны является волна с круговой поляризацией (a_x = a_y, Δφ = ± π / 2).

Рисунок 56 дает представление о пространственной структуре электрического поля эллиптически-поляризованной волны. Линейно-поляризованный свет испускается лазерными источниками. Свет может оказаться поляризованным при отражении или рассеянии. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован.

В каждый момент времени вектор может быть спроектирован на две взаимно перпендикулярные оси (рис. 57). Это означает, что любую волну (поляризованную и неполяризованную) можно представить как суперпозицию двух линейно-поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн:

.

Но в поляризованной волне обе составляющие E_x(t) и E_y(t) когерентны, а в неполяризованной некогерентны, т. е. в первом случае разность фаз между E_x(t) и E_y(t) постоянна, а во втором она является случайной функцией времени.

У многих кристаллов поглощение света сильно зависит от направления электрического вектора в световой волне. Это явление называют дихроизмом. Этим свойством, в частности, обладают пластины турмалина (прозрачного кристаллического вещества зеленоватой окраски). При определенной толщине пластинка турмалина почти полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (например, E_x) и частично пропускает вторую волну (E_y).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне называется разрешенным направлением пластинки. Пластинка турмалина может быть использована как для получения поляризованного света, так и для анализа характера поляризации света (поляризатор и анализатор). В настоящее время широко применяются искусственные дихроичные пленки, которые называются поляроидами. Поляроиды почти полностью пропускают волну разрешенной поляризации и не пропускают волну, поляризованную в перпендикулярном направлении. Таким образом, поляроиды можно считать идеальными поляризационными фильтрами.