3. Поляризация света

Основные понятия

Поляризация света – явление упорядочения плоскости колебания вектора Е световой волны в пространстве. Световая волна является частным случаем электромагнитной волны, которая представляет собой распространение колебаний векторов напряженности электрического Е и магнитного Н полей во времени и в пространстве. В однородном изотропном диэлектрике диэлектрическая  и магнитная  проницаемости не зависят от координат и направления скорости волны, а показатель преломления вещества не зависит от угла падения лучей и равен n  ( .. К таким веществам относятся, например, воздух, стекло, вода.

В

z

изотропной среде направление луча и, следовательно, направление вектора плотности потока энергии S совпадают с направлением волновой нормали n (нормаль к волновой поверхности, т.е. к поверхности постоянной фазы).

В ажнейшим свойством электромагнитных волн, благодаря которому возможна их поляризация, является их поперечность, при которой векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и перпендикулярны вектору S (рис. 3.1).

Взаимно перпендикулярные векторы Е, Н, S образуют правовинтовую систему.

Плоская монохроматическая волна является простейшим видом электромагнитных волн, в этом случае колебания векторов Е и Н происходят по гармоническому закону. Например, если волна распространяется вдоль оси z, то

Е=Е₀соs(t – kz), H=H₀cos(t – kz).

Здесь k=2/  - волновое число;  - длина волны;  - циклическая частота.

Излучение обычных источников света лампы накаливания или газоразрядной трубки является результатом сложения (суперпозиции) большого числа почти независимых излучений атомов или молекул вещества, длительность которых около 10^-8 с. Поэтому направления колебаний Е и Н в лучах таких источников света совершенно неупорядочены. Такой свет называют естественным. Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора Е, поэтому его называют световым вектором. Свет, в котором направление колебаний светового вектора Е (следовательно, и вектора Н) упорядочено каким-либо образом называется поляризованным.

Если векторы Е и Н при распространении волны остаются в фиксированных взаимно перпендикулярных плоскостях, например, Е в плоскости xоz, Н в плоскости yоz, то волну называют плоско поляризованной (рис.3.1).

Плоскость, в которой лежат вектора Е и S, называется плоскостью колебаний. Плоскость, ей перпендикулярная, в которой лежат векторы Н и S, называется плоскостью поляризации. Наряду с линейной поляризацией возможны другие виды упорядочения колебаний в световой волне: эллиптическая и круговая (циркулярная) поляризация. В этих случаях конец вектора Е (а также Н) описывает, соответственно, эллипс или окружность в плоскости, перпендикулярной лучу. Различают правую и левую поляризации. Правой поляризации соответствует движение конца вектора Е по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу, левой поляризации – движение против часовой стрелки. В отличие от линейной , при эллиптической поляризации компоненты Е_х и Е_у не равны нулю, и между ними существует постоянная разность фаз   m , m = 0; ±1; ±2;…

При круговой поляризации компоненты Е_х и Е_у имеют одинаковые амплитуды. Если разность фаз   m то эллипс вырождается в прямую, т.е. возникает линейная поляризация.

Поляризацию можно осуществить различными способами, например, при отражении и преломлении на границе изотропных диэлектриков. Если на границу раздела двух изотропных диэлектриков, воздуха и стекла падает луч S естественного света (рис. 3.2), то в общем случае отраженный и преломленный лучи S′ и S″ частично поляризованы, т.е. каждый из лучей можно представить как смесь естественного света с некоторой долей линейно поляризованного.