Исследование поляризованного света. Естественный и поляризованный свет. Двойное лучепреломление. Получение линейно поляризованного света

Лабораторная работа №16

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА.

1. Естественный и поляризованный свет.

С точки зрения классической физики свет представляет собой поперечные электромагнитныеr r волны. В световой волне электрический и магнитный векторы E и H взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости нормальной к направлению распространения световой энергии.

Естественный (неполяризованныйr ) светr характеризуется тем, что в каждой точке пространства векторы E и H хотя и остаются взаимно перпендикулярными, но их направление беспорядочно меняется с течением времени, оставаясь в плоскости нормальной к направлению распространения. Поэтому естественный свет обладает (статистически) осевой симметрией относительно направления его распространения. Для поляризованного же света такой симметрии, как правило, нет.

Световая волна rназывается линейно или плоско поляризованной, если электрический вектор Eколеблется всё время в одной плоскости, содержащей также и направление распространения энергии волны. Эту плоскость называютr плоскостью поляризации. Поэтому в каждой точке пространства вектор E колеблется вдоль какого-то постоянного направления (линии), лежащего, однако, в плоскости перпендикулярной к направлению распространения.

Ранее плоскостьюr поляризации называли плоскость, проходящую через вектор H и направление распространения. Такое определение можно встретить в некоторых старых книгах.

Поляризация волны бывает не только линейной. Может существоватьr и такая волна, что в каждой точке пространства конец вектора E не просто колеблется вдоль линии (как при линейной поляризации), а описывает эллипс. Такая поляризация называется эллиптической. Частным случаем эллиптической поляризации являетсяr круговая или циркулярная поляризация, при которой конец вектора E описывает окружность. Частным случаем эллиптической поляризации можно считать также иr линейную поляризацию, при которой эллипс, описываемый концом вектора E , вырождается в отрезок прямой линии. Таким образом, эллиптическая поляризация является наиболее общим типом поляризации, а линейная и круговая – её частными случаями. Свет называется поляризованным по правому кругу (правоциркулярно), если наблюдателю, смотрящему навстречу направлению луча света,электрический r

вектор E кажется вращающимся по часовой стрелке, в противном случае свет поляризован по левому кругу.

Частично поляризованным светом называется смесь поляризованного и естественного света.

Поляризованный свет широко используется в различных физических исследованиях и в технических приложениях. С некоторыми способами получения, преобразования и анализа поляризованного света мы познакомимся в этой работе.

2. Двойное лучепреломление. Получение линейно поляризованного света.

Для преобразования поляризации используются различные оптически прозрачные анизотропные элементы, например, анизотропные кристаллы. Особенности прохождения света через анизотропные кристаллы подробно рассмотрены в учебниках по оптике. Здесь мы остановимся лишь на некоторых вопросах, понимание которых необходимо для выполнения данной работы.

Возьмём, для примера, кристалл исландского шпата (кальцит, CaCo₃ ).

Он представляет из себя ромбоэдр, образованный шестью параллелограммами

(рис.1).

Рис 1. Кристалл исландского шпата.

Если на одну из граней кристалла пустить узкий пучок света, то после преломления образуются два луча, идущие внутри кристалла по разным направлениям – возникает так называемое двойное лучепреломление. Двойное лучепреломление является следствием оптической анизотропии кристалла – показатель преломления (а, следовательно, и скоростьr распространения света) зависит от ориентации электрического вектора E распространяющейся в кристалле волны относительно осей симметрии кристалла.

Таким образом, по выходе из кристалла образуются два пространственно разделённых луча, идущие параллельно друг другу. Эти лучи линейно поляризованы, причём во взаимно перпендикулярных плоскостях. Выделив какой-либо из лучей можно получить линейно поляризованный