Атом водорода Классическая теория теплоёмкости Дебаевская теория Решётка Браве Проводимость твёрдых тел Проводники, полупроводники и изоляторы Прикладная математика и физика Электромагнитное взаимодействие Первообразная функция Интегрирование Вычислить производную задачи

Волновая оптика Квантовая оптика Колебания начало

20. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Свет, у которого направления колебаний вектора упорядочены каким-то образом, называется поляризованным.

Световая волна (16.5) - это электромагнитная волна, у которой вектор всегда перпендикулярен направлению распространения (16.2). Естественный свет (16.5.5.1.) - это смесь огромного числа цугов, каждый цуг поляризован, но направления векторов этих цугов различное. Поэтому естественный свет не поляризован, у него отсутствует какое-либо упорядочение направлений колебаний вектора .


20.1. Плоско поляризованная электромагнитная волна

Электромагнитная волна, у которой вектор колеблется в одной плоскости, называется плоско поляризованной.


20.2. Принцип действия поляризатора электромагнитной волны

Пусть на пути электромагнитной волны расположена решетка из тонких, длинных, расположенных на расстоянии a < λ друг к другу проводников.

 

Если падающая на такую решетку электромагнитная волна поляризована так, что вектор параллелен проводникам, то волна через решетку не пройдет. Произойдет это по следующим причинам:

а) вектор падающей волны будет действовать на электроны проводников с силой (9.3.5);

б) электроны под действием этой силы начнут совершать вдоль проводников вынужденные колебания (14.5);

в) колеблющиеся электроны будут излучать электромагнитные волны (16.4.2) такой же частоты, что и падающая волна и такой же амплитуды, но фаза будет отличаться от падающей на π;

г) складываясь, эти две волны за решеткой погасят друг друга (18.1.2.1), а перед решеткой возникнет отраженная волна.

Если же падающая волна поляризована так, что вектор перпендикулярен проводникам, то заметных колебаний электронов в этом направлении возникнуть не может, амплитуда вторичной волны будет ничтожна, и первичная волна пройдет через решетку, не изменив свою интенсивность.


20.2.1. Поляроид

Для света длина волны λ = (0,4-0,76) 10-6м и изготовить решетку с периодом a < λ не так просто. Но роль решетки могут играть очень длинные углеводородные молекулы, растянутые в определенном направлении. Электроны могут перемещаться вдоль таких молекул, как вдоль проводников, и не могут - поперек. Таким образом, световая волна с вектором , направленным вдоль молекул поляроида, не пройдет через него. Волна, с вектором поперек молекул, пройдет почти без изменения интенсивности. Такое направление в поляроиде называется осью пропускания PP, она направлена перпендикулярно длинным осям молекул (см. рисунок ниже).

 


20.3. Закон Малюса

Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ.

Вектор световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, т.к. после него естественный свет стал поляризованным.

После второго поляроида останется лишь вектор , параллельный P'P' его оси пропускания:

.

Т.к. интенсивность света (16.5.4) I ~ E2, то, после второго поляроида интенсивность будет

.

где II - интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса.

Если II выразить через I0, то закон Малюса примет вид:

.


20.3.1. Частично поляризованный свет. Степень поляризации

Закон Малюса строго выполняется лишь для идеальных поляроидов - поляризатора и анализатора.

Если эти поляроиды частично пропускают свет с вектором , перпендикулярным осям пропускания, то после поляризатора свет будет частично поляризован. Идеальный поляризатор при PP параллельном P'P' пропустит свет интенсивностью Imax, а при PP перпендикулярной P'P' - свет интенсивностью Imin.

Степенью поляризации частичного поляризованного света называется величина

.

При идеальном поляризаторе Imin = 0 и P = 1, свет плоскополяризован.


20.4. Эллиптическая и круговая поляризация

Пусть вдоль оси x распространяются две плоскополяризованные когерентные световые волны, у которых колебания вектора происходят вдоль осей y и z, соответственно (см. рисунок ниже).

 

Так как колебания векторов и когерентны, то при их сложении получится вектор , конец которого будет, в общем случае, описывать эллипс в плоскости y, z (14.3.4). Такой свет называют эллиптически поляризованным. Ориентировка эллипса и направление вращения конца вектора зависит от разности фаз α(14.3.4). При α = 0, α = ±π эллипс вырождается в прямую: результирующая волна будет плоскополяризована. При α = ±π/2 и конец вектора будет двигаться по кругу. В этом случае говорят, что свет поляризован по кругу.

 

20. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Решение задач по физике, электротехнике, математике