Поляризация света

В главе рассматриваются методы получения упорядоченной ориентации электрического и магнитного векторов в световых волнах и некоторые свойства таких волн

20.1. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса

— Электромагнитную волну, в которой векторы Е и, следовательно, векторы В лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной.

Плоскость, проходящая через электрический вектор и направление распространения электромагнитной волны, является плоскостью поляризации.

Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом. В естественном свете, идущем от Солнца, накаленной нити лампы, газоразрядной трубки, пламени и т. п., складываются неупорядоченные излучения множества атомов, поэтому направление не выдерживается в одной плоскости. Такой свет можно рассматривать как наложение плоскополяризованных волн с хаотической ориентацией плоскостей колебаний, электрические векторы ориентированы по всевозможным перпендикулярным лучу направлениям. На рис. 20.1 показаны в некоторый момент времени сечение луча О и хаотическая ориентация векторов в плоскости, перпендикулярной лучу.

Если выбрать две любые взаимно перпендикулярные плоскости, проходящие через луч естественного света, и спроецировать векторы на эти плоскости, то в среднем эти проекции будут одинаковыми. Поэтому луч естественного света Удобно изображать как прямую, на которой расположено одинаковое число тех и других проекций в виде стрелок и точек (рис. 20.2, а). Таким образом, прямая с черточками (рис. 20.2, б) или точками (рис. 20.2, в) обозначает луч плоскополяризованного света.

Луч света, состоящего из неполяризованной и поляризованной составляющих и называемого частично поляризованным., условно показан на рис. 20.2, г, д, причем соотношение числа стрелок и точек условно иллюстрирует степень поляризации, т. е. долю интенсивности поляризованной составляющей относитель­но полной интенсивности света.

Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Он пропускает только составляющую вектора на некоторую плоскость — главную плоскость поляризатора, которая содержит световой вектор и направление распространения света. При этом из поляризатора выходит поляризованный свет, интенсивность которого равна половине интенсивности падающего естественного (неполяризованного) света. При вращении поляризатора относительно луча естественного света поворачивается плоскость колебаний вышедшего плоскополяризованного света, но интенсивность его не изменяется. Поляризатор можно использовать для анализа поляризованного света, тогда его называют анализатором.

Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора падает на анализатор, то он пропустит только составляющую, равную

E = E₀ cos, (20.1)

где — угол между главными плоскостями поляризатора Р и анализатора А (рис. 20.3).

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний [см. (14.60)], то из (20.1) получаем

I = I₀ cos² , (20.2)

где I₀ — интенсивность плоскополяризованного света, падающего нa анализатор, I — интенсивность света, вышедшего из анализатора. Уравнение (20.2) выражает закон Малюса.

Как видно из закона Малюса, при повороте анализатора относительно луча падающего плоскополяризованного света интенсивность вышедшего света изменяется от нуля до I_0. Если при повороте анализатора вокруг падающего луча как оси вращения интенсивность прошедшего света не изменяется, то свет может быть естественным; если при этом интенсивность изменяется по закону (20.2), то падающий свет — плоскополяризованный.

Термин «поляризация света» имеет два смысла. Во-первых, под этим понимают свойство света, характеризующееся пространственно-временной упорядоченностью ориентации электрического и магнитного векторов. Во-вторых, поляризацией света называют процесс получения поляризованного света.