Лабораторная работа № 6 Поляризация света. Закон Малюса

Цель работы: получение линейно поляризованного света и проверка закона Малюса.

Краткая теория

Известно, что свет является поперечной электромагнитной волной, представляющей собой распространяющееся в пространстве возмущение электрического и магнитного полей. Направление распространения волны задается волновым вектором k. Термином "поляризация" применительно к световой волне обозначается характер ориентации в пространстве вектора напряженности электрического поля волны - Е. Вектор Е называется еще и световым вектором, поскольку именно он обуславливает все оптические явления. Вектор напряженности магнитного поля волны Н всегда перпендикулярен вектору Е. Электромагнитная теория света утверждает, что в изотропной среде волновой вектор k перпендикулярен плоскости, в которой лежат векторы напряженностей полей Е и Н, образуя с ними правую тройку векторов (рис. 1) в каждый момент времени.

П

Рис. 1

ри распространении света векторыЕ и Н могут изменять и направление и амплитуду колебаний, оставаясь при этом взаимно перпендикулярными и нормальными вектору k. Разным законам изменения вектора Е соответствуют различные типы поляризации световых волн. Явление поляризации присуще только поперечным волнам и обнаруживается экспериментально. Рассмотрим все возможные типы поляризации.

В линейно поляризованной волне, колебания вектора Е происходят всегда вдоль одной плоскости имеющей постоянную ориентацию в пространстве. Изменяется только модуль вектора Е. Примером линейно поляризованной волны является плоская монохроматическая волна, которая описывается следующим уравнением: . Плоскость, содержащая вектор напряженности электрического поля Е и вектор k называется плоскостью колебаний. Для линейно поляризованной волны плоскость колебаний не изменяет своего положения с течением времени. В плоскости ортогональной k траектория вектора напряженности электрического поля Е – прямая линия.

Эллиптически поляризованным светом называется такая электромагнитная волна, у которой плоскость колебания вектора напряженности электрического поля поворачивается с течением времени при одновременном изменении модуля вектора напряженности. Эллиптически поляризованный свет возникает при сложении двух линейно поляризованных монохроматических волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (к примеру, XZ и YZ, при этом вектор k направлен по оси Z): ,. Векторы Е_X и E_Y направлены по осям Х и Y соответственно. Исключив из выражений для напряженностей полей время, можно получить уравнение эллипса при каждом фиксированном Z. Это свидетельствует о том, что траектория вектора Е в плоскости ортогональной k – эллипс. При распространении света конец вектора Е лежит на поверхности эллиптического цилиндра, т. е. описывает эллиптическую винтовую линию. Эллиптическая поляризация – наиболее общий тип поляризации электромагнитного поля.

Светом поляризованным по кругу называется такая электромагнитная волна, у которой плоскость колебания вектора напряженности электрического поля также поворачивается с течением времени, но модуль вектора напряженности электрического поля остается неизменным. Круговая поляризация возникает при сложении двух линейно поляризованных волн, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны, амплитуды одинаковы, а разность фаз равна , где–любое целое число. При этом типе поляризации конец вектора напряженности, с течением времени, описывает в пространстве винтовую линию по поверхности кругового цилиндра.

От поляризованного света необходимо отличать неполяризованный, естественный свет. В неполяризованном пучке света как ориентация плоскости колебаний вектора напряженности, так и модуль этого вектора испытывают хаотические изменения. Поэтому в неполяризованном свете нет выделенного направления колебаний, и при измерениях он обнаруживает осевую симметрию относительно направления волнового вектора. Неполяризованный свет испускают все нагретые тела, то есть большинство всех источников света.

Смесь неполяризованного света с поляризованным называется частично поляризованным светом.