3.4.5.Получение и анализ поляризованного света

Устройства, служащие для преобразования естественного света в линейно-поляризованный, называется поляризаторами.

Устройства, служащие для анализа степени поляризации света называются

анализаторами. Всякий анализатор можно условно изобразить в виде решетки,

прутья которой параллельны направлению колебаний вектора _a проходяшего сквозь неё света. Если на анализатор падает естественный свет,

то его интенсивность не меняется, т.к в естественном свете ни одно из направлений

плоскости колебаний вектора не является преобладающим. Очевидно:I_a=k_aI₀/2 , гдеk_a - коэффициент прозрачности анализатора для пропускаемого им линейно поляризованного света.

Если падающий свет частично поляризован, то Iaпри вращение анализатора будет меняться в зависимости от ориентации его главной плоскости по отношению к преимущественному направлению колебаний векторав падающем свете.

Если на анализатор падает линейно поляризованный свет, полученный с помощью поляризатора, и имеющий интенсивность I_p,то интенсивностьI_a света, прошедшего через анализатор пропорциональнаI_p и зависит от угла между главными плоскостями анализатора и поляризатора и связаны законом Малюса:.

На практике часто встречается необходимость выяснить характер поляризации света. Рассмотрим несколько наиболее типичных примеров.

1. Свет плоскополяризованный. Такую поляризацию можно обнаружить с помощью одного поляризатора: при вращении его плоскости пропускания вокруг направления пучка интенсивность проходящего света будет меняться, и при некотором положении свет полностью гасится.

2. Свет естественный и поляризованный по кругу. Чтобы их различить, одного поляризатора недостаточно: в обоих случаях при вращении его плоскости пропускания вокруг направления пучка интенсивность проходящего света не меняется. Если же предварительно ввести пластинку , то поляризованный по кругу свет превращается в плоскополяризованный, поскольку эта пластинка вносит дополнительную разность фаз. Результирующая разность фаз окажется равной нулю или, и свет станет плоскополяризованным. Его можно погасить поляризатором. Если же свет естественный, то он останется таковым и после прохождения пластинки. Погасить этот свет не удастся, так как при любом положении плоскости пропускания поляризатора интенсивность прошедшего света будет одинаковой.

3. Свет эллиптически- поляризованный и частично –поляризованный. Для их различия следует поместить в световом потоке пластинку , а за ней поляризатор. Если вращением пластинки вокруг направления пучка найдется такое положение, при котором свет, прошедший через нее, можно погасить, вращая поляризатор, то свет эллиптически поляризованный. Если это сделать не удается, свет частично – поляризованный.

3.4.6. Интерференция поляризованных волн

Обыкновенная и необыкновенная волны в основном порождаются разными цугами, входящими в состав естественного света. Поэтому обыкновенная и необыкновенная волны , распространяющиеся в одноосном кристалле и выходящие их него при падении естественного света, некогерентны. Однако обе волны можно сделать когерентными, если на пути естественного света установить поляризатор Рперед кристаллической пластинкой. При этом плоскость пропускания должна составлять с оптической осью кристалла угол(обычно). В этом случае колебания каждого цуга разделяются между обыкновеннойои необыкновеннойеволнами, и волныоиеоказываются когерентными.

Интерференция не наблюдается, если складываемые волны поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Чтобы изменить направление поляризации, необходимо на пути вышедшего из пластинки света поставить еще один поляризатор. Он сведет два взаимно ортогональных когерентных колебания в одну плоскость и интерференция будет обеспечена.

На рис.3.4.18 представлена схема наблюдения интерференции поляризованных волн: S– обычный источник света,Р – поляризатор,К– кристаллическая одноосная пластинка,Р- второй поляризатор. Если в качестве источника света взять лазер, то его излучение является плоскополяризованным, и необходимость поляризатораРотпадает. Картина интерференции будет наиболее отчетливой, когда амплитуды складываемых волн одинаковы. В этом случае угол между плоскостью пропускания поляризатораРи оптической осьюООдолжен быть равен.

Рассмотрим частные случаи: когда плоскости пропускания обоих поляризаторов параллельны друг другу () и взаимно перпендикулярны (), в этом случае говорят, что поляризаторы скрещены.

1. (рис.3.4.19,а). Плоскополяризованная волна с амплитудойЕпосле поляризатораР разделяется пластинкой на обыкновенную и необыкновенную взаимно ортогональные волны с амплитудамии. Далее колебания этих волн приводятся поляризаторомР к одной плоскости с одинаковыми амплитудамии:

Результат интерференции этих волн зависит от разности фаз , которую они приобретут в пластинке. На рис.3.4.20 показана фазовая (векторная) диаграмма в предположении, что при прохождении пластинки обыкновенная волна отстает по фазе на. По теореме косинусов имеем:

Интенсивность прошедшего света

2. (рис.3.4.19,б). В этом случае векторыинаправлены взаимно противоположно. Поэтому кроме разности фаз, вносимой пластинкой, необходимо добавить еще, которая обусловлена скрещенным расположением поляризаторов. Разность фаз равна +, и интенсивность

Таким образом, интенсивности иоказываются «дополнительными»: в сумме они дают интенсивность света, прошедшего через поляризаторР.

Интенсивность выходящего из поляризатора Р΄ света можно изменять, меняя разность фаз. Этого можно достичь, меняя либоλ(это приводит к эффективному изменению окраски, т.е. максимумы пропускания будут соответствовать различным длинам волн), либо меняя толщину пластинки. Последнее можно сделать, поставив вместо пластинки компенсатор. В таблице приведены условия, при которых интенсивностиидостигают максимальных и минимальных значений.

Разность хода Δ тλ

Разность фаз  2πт т΄π

макс мин

мин макс