Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса.

Поляризация света – совокупность явлений, в которых проявляются свойства поперечных электромагнитных волн, волн видимой части света. Поляризация возникает только у поперечных волн.

Свет, испускаемый источниками, представляет собой электромагнитную волну, характеризующуюся колебанием двух векторов: вектора электрической напряженности и вектора магнитной индукции . Вектор напряженности электрического поля электромагнитной световой волны носит название светового вектора. Вектора колеблются вдоль всевозможных направлений, перпендикулярных к лучу. Скорость распространения волны перпендикулярна к направлениям обоих векторов.

Световая волна называется линейно – поляризованной (плоскополяризованной), если направления колебаний векторов и в этой волне строго фиксированы и лежат в определенных плоскостях. Естественным (неполяризованным) светом называются световые волны, у которых направления колебаний векторов и хаотически меняются так, что равновероятны все направления колебаний в плоскостях, перпендикулярных лучу.

Свет, называется частично-поляризованным, если в нем имеется преимущественное направление колебаний вектора Е. Частично-поляризованный свет можно рассматривать как совокупность одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно – поляризованного света.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в плоскополяризованной волне, называется плоскостью колебаний. Плоскостью поляризации называется плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний вектора Е.

Если пропустить частично поляризованный свет через поляризатор, то при вращении прибора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от I_max до I_min, причем переход от одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол, равный π/2 (за один полный поворот два раза будет достигаться максимальное и два раза минимальное значение интенсивности). Выражение

называется степенью поляризации. Для плоскополяризованного света I_min=0 и Р=1; для естественного света I_max=I_min и P=0.

Устройство, с помощью которого свет можно преобразовать в поляризованный, называется поляризатор. Простейшим поляризатором является кристалл турмалина, обладающий способностью пропускать световые волны с колебаниями электрического вектора , лежащими в одной определенной плоскости.

Их действие основывается на поляризации света при его отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектрических сред, а также на явлении двойного лучепреломления. Прибор, с помощью которого можно обнаружить положение плоскости колебаний поляризованной волны, называется анализатором.

Пусть колебания электрического вектора Е происходят в вертикальном направлении с амплитудой Е₀ и направления анализатора составляет угол α₀ с плоскостью колебания (рис.20.1.). Разложим вектор Е₀ на две составляющие: вдоль плоскости анализатора Е и перпендикулярно ей Е_┴. Как видно из рисунка,

(20.1.1)

Составляющая вектора Е, направленная вдоль плоскости анализатора пройдет через анализатор, а перпендикулярная составляющая задержится.

По определению, интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды. Обозначив интенсивность падающей и прошедшей волны

Сопоставив полученную формулу с первым равенством системы (20.1.1), получим

I=I₀cos²φ (20.1.2)

Уравнение (20.1.2) носит название закона Малюса: интенсивность волны, прошедшей через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостью колебаний волны и осью анализатора.

Если пропустить естественный свет через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол α, то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого из второго, выйдет свет интенсивностью I=I₀cos²φ. Следовательно, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора cos²φ.