Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Естественный и поляризованный свет

Обычно в естественном свете векторы , хаотически меняют свое направление, все время, оставаясь перпендикулярными друг другу и лучу направления распространения (рис.3). На рис.3 вектор не изображен.

Рис. 3. Направления вектора в естественном свете

Это объясняется тем, что обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающихся (10^-7, -10^-8) элементарных источников (атомов или молекул), испускающих свет независимо друг от друга с разными фазами и с разными ориентациями векторов и . Поэтому направления векторов и в результирующей волне хаотически меняется во времени.

Как показывает опыт, некоторыми приборами можно ослабить колебания какого-нибудь направления и даже совершенно их устранить. В последнем случае получается свет, в котором колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной фиксирован­ной плоскости.

Выделение определенной плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля называется поляризацией.

Свет, в котором вектор колеблется в одной плоскости, а конец вектора все время перемещается по одной прямой, называется плоскополяризованным или линейно-поляризованным.

Рис. 4. Расположение плоскостей поляризации и колебаний

Плоскость P, проходящая через направление распространения света и направление колебаний вектора , называется плоскостью колебаний, а плоскость Q, в которой колеблется вектор –плоскостью поляризации (рис.4).

Свет, в котором какое-либо одно направление колебаний вектора является преимущественным (но не единственным), называется частично поляризованным. Такой свет можно рассматривать как смесь неполяризованного и плоскополяризованного.

Частичная поляризация света количественно характеризуется степенью поляризации, которая определяется

,

где и – максимальное и минимальное значения интенсивности света.

1.3 Получение поляризованного света

Приборы позволяющие получить поляризованный свет, называются поляризаторами, а приборы, позволяющие обнаружить поляризацию света, называются анализаторами.

Анализаторами могут служить те же приборы, которые служат поляризаторами. Обычно поляризатор изображают в виде пластинки со штриховкой, параллельной плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля, пропускаемых поляризатором лучей. Чтобы убедиться в том, что полученный луч поляризован и выяснить направление поляризаций, на пути этого луча помещают вторую такую же поляризующую пластинку, называемую в этом случае анализатором. Если плоскости пропускания поляризатора и анализатора параллельны друг другу, то поляризованный свет пройдет через анализатор, почти не снижая своей интенсивности (рис.5.а). Если же плоскости поляризатора и анализатора перпендикулярны друг другу, то анализатор полностью погасит падающий на него поляризованный луч. В этом случае говорят, что анализатор и поляризатор скрещены (рис.5.б). В промежуточных случаях интенсивность будет зависеть от ориен­тации анализатора (рис.5.в).

Рассчитать интенсивность можно по закону Малюса. Рассмотрим его. Пусть – угол между направлением главных оптических осей поляризатора и анализатора (рис. 5.в). Обозначим амплитуду вектора напряженности в падающей на анализатор волне . Учитывая, что интенсивность света определяется квадратом амплитуды световой волны, имеем . Для интенсивности света, прошедшего через анализатор, запишем

, (1)

т.е. интенсивность плоско-поляризованного света, прошедшего через анализатор, прямо пропорциональна квадрату косинуса угла между направлением колебаний света, падающего на анализатор, и направлением колебаний, которые анализатор пропускает без ослабления.

Этот закон был сформулирован французским физиком Малюсом в 1810 г. и экспериментально подтвержден Араго.

Примером поляризатора может служить плоско-параллельная стеклянная пластина. Если на эту пластинку падает луч естественного света, то отраженный и преломленный лучи будут частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис.6. эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения ( на рис.6. они изображены двусторонними стрелками).

Рис. 6. Поляризация при отражении преломлении

Степень поляризации зависит от угла падения . При угле падения удовлетворяющем условию

(2)

отраженный лучплоскостьюполяризован (онсодержиттолько колебания,перпендикулярные плоскостипадения).

Степень поляризации преломленного луча при такомугле падениядостигает наибольшего значения, однако, этот луч остается поляризо­ванным только частично. Выражение (2) носит название закона Брюстера. Угол называют углом Брюстера или углом полной поляризации.

Поляризация света происходит также при прохождении через некоторые кристаллы, при явлении двойного лучепреломления.

Двойное преломление открыл в 1670 г. датчанин Эразм Бартодоминус. Направляя световой пучок нормально на пластинку из исландского шпата, он обнаружил расщепление его на два луча (рис. 7). Один из них подчиняется обычным законам преломления – лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, его показатель преломления не зависит от угла падения,

Рис. 7. Двойное лучепреломление в кристалле исландского шпата

скорость распространения этого луча внутри кристалла во всех направлениях одинакова. Этот луч называется обыкновенным (луч о на рис.7).

Другой луч – необыкновенный. Этот луч не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности, этот луч даже при нормальном падении отклоняется от первоначального направления луча внутри кристалла. Скорость распространения этого луча различна в разных направлениях (луч е на рис. 7.).

В кристалле существует направление, в котором отсутствует двойное лучепреломление. Это направление называется оптической осью кристалла, а плоскость, проведенная через оптическую ось, называется главным сечением кристалла.

Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость колебаний необыкновенного луча совпадает с главным сечением кристалла, а плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к нему.

Для получения плоскополяризованного света достаточно удалить один из лучей, образовавшихся при двойном лучепреломлении. Это достигается различными способами.