Что такое поляризация света.

Электромагнитной волной называется распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Электромагнитная волна характеризуется векторами напряженности электрического и магнитного полей, изменяющимися в пространстве и времени по гармоническому закону:

где - циклическая частота,n-частота колебаний, - волновое число, λ - длина волны.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами, то есть колебания векторов напряженности и электрическогои магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору скорости распространения волны v–рис.1.

Основываясь на том, что электромагнитная волна является поперечной, возможно наблюдение явлений, связанных с определенной ориентацией векторов и в пространстве. Во всех процессах взаимодействия света с веществом основную роль играет электрический вектор поэтому его называют световым вектором.

Поскольку свет представляет собой суммарное излучение множества атомов, которые излучают электромагнитные волны независимо друг от друга, то световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными ориентациями светового вектора в пространстве.

Такой свет называетсяестественным(неполяризованным). Естественный свет испускает большинство источников, например, лампы накаливания.

Если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное направление колебаний вектора , то мы имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одной плоскости, называется плоско поляризованным или просто поляризованным.

могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектораЕ, например, оптически анизотропные кристаллы. Оптически анизотропными являются кристаллы, в которых оптические свойства в разных направлениях различные. Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризаторов, следует отметить турмалин. Турмалин сильно поглощает световые лучи, в которых электрический вектор перпендикулярен к оптической оси. Если же электрический вектор параллелен оси, то такие лучи проходят через турмалин почти без поглощения. Поэтому естественный свет, пройдя через пластинку турмалина, наполовину поглощается и становится плоско поляризованным с электрическим вектором, ориентированным параллельно оптической оси турмалина.

Таким же свойством обладают поляроиды, более удобные в обращении. Они представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки. Поляроиды почти полностью пропускают волну разрешенной поляризации и поглощают волны, поляризованные в перпендикулярном направлении. Таким образом, поляроиды можно называть поляризационными фильтрами.

Явление поляризации имеет место и при отражении света на границе раздела двух сред (воздух - вода, воздух - стекло и др.). При падении естественного света на диэлектрик под углом Брюстера i_Б. (, где n – показатель преломления диэлектрика) отраженный свет полностью поляризуется в плоскости перпендикулярной плоскости падения (вектор перпендикулярен плоскости, в которой лежат падающие и отраженные лучи.). Преломленный луч при этом частично поляризуется в плоскости падения.

Прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором.

В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В опытах Малюса естественный свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина. Пластинки могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной :

где I_o – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор.

Явление двойного лучепреломления.

Если на кристалл исландского шпата (оптически анизотропную среду) направить узкий пучок естественного света, то в точке падения на грань кристалла луч вследствие оптической анизотропии разделяется на два преломленных луча (еи о), поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 4). Из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу.

Стрелки на рисунке обозначают, что вектор лежит в плоскости рисунка, точки – вектор перпендикулярен плоскости рисунка.

В анизотропных средах скорость распрос-транения электромагнитных волн v, а следовательно, и показатель преломления n зависят от направления распространения волны и ее поляризации (ориентации вектора ). В любом кристалле имеется направление, в котором нет двойного лучепреломления, то есть n_o = n_e. Это направление называют оптической осьюкристалла. Вдоль оптической оси прело-мленные лучи о и е распространяются, не раздваиваясь, и с одной скоростью, как в обычной изотропной среде.