Поляризація світлових хвиль.

Наслідком теорії Максвелла є поперечність світлових хвиль: вектори на­пруженості електричного і магнітного полів хвилі взаємно перпендикулярні і коливаються перпендикулярно до вектора швидкості поширення хвилі. Тому для повного опису стану поляризації світлово­го пучка необхідно знати поведінку лише одного з векторів. Звичайно всі міркування ведуться відносно світлового вектора -вектора напруженості електричного по­ля (ця назва зумовлена тим, що при дії світла на речовину основне значення має електрична складова поля хвилі, що діє на електрони в атомах речовини).

Світло є сумарним електромагніт­ним випромінюванням множини атомів. Атоми ж випромінюють світлові хвилі не­залежно один від одного, тому світлова хвиля, що випромінюється тілом, ха­рактеризується різноманітними рівно ймовірними коливаннями світлового вектора. В даному випадку рівномірний розподіл векторів пояснюються великим числом атомарних випромінювачів, а рівність амплітудних значень векторів однаковою (в середньому) інтенсивністю випромінювання кожного з атомів.

Світло з усіма можливими рівно ймовірними орієнтаціями вектора (і, отже, ) називається природним.

Світло, в якому напрями коливань вектора якимось чином упорядковані, на­зивається поляризованим.

Розглянемо дві монохроматичні хвилі, що поширю­ються вздовж напрямку осі ОZ:

, (2.16)

, (2.17)

Щоб знайти траєкторію результую­чого коливання світлового вектора при до­даванні двох взаємно пер–пендикулярних коливань, визначимо з (2.16):

, тоді .

Оскільки ,

то . (2.18)

Піднесемо до квадрата це рівняння:

. (2.19)

Отримане співвідношення є рівнян­ням еліпса, вісі якого довільно орієнтовані віднос­но осей і . Отже, кінець вектора в кожній точці поля описує еліпс, який лежить у площині, що перпендикулярна до осі . Така хвиля називається еліптич­но поляризованою.

Якщо , ,

то отримуємо рівняння еліпса, орієнтова­ного відносно осей і :

. (2.20)

Зображення еліптичної поляризованої хвилі показано на рис. 2.4.

Рис. 2.4 Еліптично поляризована хвиля.

При еліпс перетворюється в коло. Така хвиля називається циркулярно поляризованою(поляризова­ною по колу).

Залежно від напрямку обертання вектора розрізняють праву і ліву еліп­тичну і колову поляризацію. Якщо віднос­но напрямку променя вектор обертаєть­ся проти годинникової стрілки, поляри­зація називається правою, в протилежному випадку - лівою.

Якщо , то еліпс вироджується в пряму

. (2.21)

Така хвиля називається лінійно поляризо­ваною (плоско поляризованою).

а) φ=45⁰ б) φ=135⁰

Рис. 2.5. Лінійно поляризована світлова хвиля

Якщо внаслідок яких-небудь зов­нішніх впливів появляється переважаючий напрямок коливань вектора , то світло частково поляризоване.

Площина, в якій відбувається коли­вання вектора , називається площиною коливань, а перпендикулярна до неї пло­щина - площиною поляризації.

Плоскополяризоване світло можна отримати з природного за допомогою при­ладів, які називаються поляризаторами. Ці прилади вільно пропускають коливання, паралельні до площини поляризації, яка називається головною площиною, і повністю або частково затримують коливання, які перпендикулярні цій площині. В ролі поля­ризаторів можуть бути середовища, які анізотропні відносно коливань вектора , наприклад, кристали. Одним із природних кристалів, які використовуються як по­ляризатори, може бути турмалін.

Прилади, за допомогою яких аналі­зують ступінь поляризації світла, назива­ють аналізаторами. Роль аналізаторів виконують прилади, за допомогою яких одержують лінійно поляризоване світло. Будь-який поляризатор може бути аналізатором і навпаки.

Дата добавления: 2017-02-01