Поляризованный свет

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

Электромагнитные волны в вакууме, в том числе и световые волны, являются поперечными [2]. Это означает, что вектор напряженности электрического поля и вектор напряженности магнитного поля , характеризующие электромагнитную волну, перпендикулярны вектору скорости распространения волны (рис. 1). Плоскости, в которых колеблются векторы и , всегда взаимно перпендикулярны. Плоскость, перпендикулярная к плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации. Для вектора плоскостью поляризации является плоскость колебаний вектора . В дальнейшем все выводы будут касаться только вектора , который обычно называют световым вектором.

Рис. 1. Схематическое представление световой волны.

В свете, испускаемом обычными источниками (дневной свет, свет от лампы накаливания, ртутной лампы), имеются колебания, совершающиеся в самых различных направлениях, перпендикулярных к лучу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля быстро и беспорядочно сменяют друг друга в различных направлениях. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной, проходящей через луч плоскости, свет называется полностью линейно- (или плоско-) поляризованным (рис.1). Существуют и более сложные виды упорядоченных колебаний, которым соответствуют иные типы поляризации, например, круговая или эллиптическая поляризации, при которых конец электрического (и магнитного) вектора описывает эллипс с тем или иным эксцентриситетом. Частично поляризованный свет характеризуется тем, что одно из направлений колебаний оказывается преимущественным, но не исключительным. Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного.

Для того, чтобы получить полностью поляризованный свет, применяют специальные оптические устройства, называемые поляризаторами. Действие поляризаторов может быть основано на различных оптических явлениях: на отражении света определенной поляризации при определенных условиях, на явлениях двойного лучепреломления, дихроизма или рассеяния.

При падении естественного света на анизотропный кристалл наблюдается явление двойного лучепреломления. Для толстого кристалла и узкого падающего пучка раздвоение лучей в пространстве хорошо заметно (рис.2). Луч не претерпевает раздвоения только в одном направлении, называемом оптической осью, в одноосных кристаллах. Один из лучей, который распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью, называется обыкновенным и обозначается буквой о. Другой, называемый необыкновенным (буква е), распространяется в кристалле с различными скоростями в зависимости от направления распространения. Оба луча поляризованы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Вектор обыкновенного луча всегда перпендикулярен к главному сечению кристалла (рис.2). Главным сечением называется плоскость, проходящая через световой луч и оптическую ось кристалла. Колебания же необыкновенного луча совершаются в плоскости главного сечения.

Рис. 2 Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление).

На описанном явлении основано действие поляризатора, называемого призмой Николя (сокращенно – николь) [3]. Он представляет собой призму из исландского шпата (рис.3), разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом.

Рис.3 Поляризационная призма Николя.

Показатель преломления канадского бальзама n лежит между показателем преломления n_o и n_e обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле (n_o n n_e). Угол падения оказывается таким, что обыкновенный луч претерпевает на прослойке бальзама полное внутреннее отражение и отклоняется в сторону. Необыкновенный же луч свободно проходит через эту прослойку и выходит из призмы.

Различие в поглощении лучей разной поляризации влечет за собой различие в поглощении естественного света в зависимости от направления его распространения, т.к. от этого последнего зависит ориентация электрического вектора волны относительно кристаллографических направлений. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным. Это явление носит название дихроизма [3]. Поляризаторы, действие которых основано на явлении дихроизма, называются поляроидами. При использовании отдельного дихроичного монокристалла требуется, чтобы он был большого размера и хорошего качества, т.е. без оптических дефектов. Поэтому обычно применяются поляроидные пленки, которые получают либо путем нанесения на пленку мелких ориентированных параллельно друг другу кристалликов дихроичного вещества(герапатита), либо сильным растяжением в одном направлении пленки поливинилового спирта, окрашенной раствором йода в йодистом калии.

Поляроиды обладают рядом преимуществ перед другими поляризаторами: с помощью поляроидной пленки можно получить поляризованный световой пучок большого диаметра; малая толщина поляроида позволяет устанавливать его в любом месте оптической системы; поляроиды пропускают свет большого диапазона длин волн.

Если на пути линейно поляризованного света, полученного с помощью какого либо поляризатора, поставить второй поляризатор (который называется в этом случае анализатором), то второй поляризатор, также как и первый, будет пропускать свет, в котором вектор колеблется только в какой-то определенной плоскости.

Рис.4. Направление колебаний света, вышедшего из поляризатора (ПП)и анализатора (АА)

Пусть луч, вышедший из поляризатора и направленный перпендикулярно плоскости чертежа, падает на анализатор (рис. 4). ПП – направление колебаний вектора , вышедшего из поляризатора; АА – направление колебаний, пропускаемых анализатором; АА┴А′А′, П′П′┴ПП. Разложим вектор света, прошедшего через поляризатор, на две составляющие ₁ и ₂. Из рисунка видно, что анализатор будет пропускать только составляющую ₁, которая по величине равна , где - угол между плоскостями колебаний вектора , пропускаемых поляризатором и анализатором.

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора, то интенсивность света, прошедшего анализатор I будет равна:

Где I ₀ – интенсивность света, вышедшего из поляризатора и падающего на анализатор. Данное выражение носит название закона Малюса.

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!