Поляризация –
свойство света, связанное с поперечностью электромагнитных волн и
описывающее пространственное поведение векторов электрического и магнитного
полей. Из уравнений Максвелла для монохроматических волн (4.1) вытекает, что,
волновой вектор k, вектора E и H взаимно ортогональны и
составляют правую тройку (рис. 4.1).
(4.1)
Это позволяет ограничиться рассмотрением ориентации вектора электрической напряженности. Именно его поведение и определяет состояние поляризации света.
Проекции электрического вектора световой волны, распространяющейся вдоль оси Z, могут быть записаны как
.
Исключая из этих уравнений переменную часть фазы wt–kz, получаем уравнение, описывающее движение конца вектора E в плоскости XY:
, (4.2)
где d = dy – dx – разность фаз проекций
электрического вектора. В общем случае траектория, задаваемая (4.2)
представляет собой эллипс (см. рис. 4.2). В соответствии с формой описываемой
кривой, такая поляризация называется эллиптической. Вид эллипса
зависит от соотношения амплитуд проекций и разности фаз d. Так при d = mp уравнение (4.2) переходит в
. (4.3)
Это – уравнение отрезка прямой в плоскости XOY. При распространении волны колебания вектора E происходят в фиксированной плоскости, называемой плоскостью поляризации, поэтому поляризация волны называется линейной или плоской. Именно такая волна изображена на рис. 4.1, плоскостью поляризации является плоскость XOZ.
Если амплитуды проекций равны E0x = E0y = E0
и фазовый сдвиг , то из (4.2) получаем:
, (4.4)
то есть уравнение окружности. Такая поляризация называется круговой или циркулярной.
Несколько примеров эллипсов поляризации при фиксированном
отношении Ex / Ey и изменении d показаны на рис. 4.3. Видно, что
описываемые кривые могут отличаться не только формой, но и направлением
вращения. В соответствии с этим, эллиптическая или круговая поляризация может
быть правой или левой. Поляризация считается
правой, если электрический вектор вращается по часовой стрелке (при наблюдении
навстречу волне).
![]() |
Возможна ситуация, когда в источнике существует некоторая корреляция между излучателями. Тогда, несмотря на хаотичность движения вектора E, вероятности разных ориентаций E неодинаковы (рис. 4.4б). Это – частично поляризованный свет. Наконец, если все атомы испускают свет с одинаковой поляризацией, излучение источника в целом будет полностью поляризованным. Такая ситуация типична для лазеров, в которых атомы взаимодействуют друг с другом через поле излучения (рис. 4.4в,г).
Для анализа поляризации света применяются устройства, называемые поляризаторами. С технической стороны поляризаторы могут быть самых разных типов: кристаллические, пленочные, отражательные и т. п. Некоторые типы поляризаторов и принципы их работы будут рассмотрены ниже. Но независимо от конкретного устройства, поляризатор пропускает свет с определенной ориентацией вектора E. Таким образом, прошедший через поляризатор свет всегда линейно поляризован.
Если и падающий на поляризатор свет также линейно поляризован, то
пройдет только проекция электрического вектора на направление пропускания
поляризатора (рис. 4.5.). Следовательно,
и
, (4.5)
где j – угол между плоскостью поляризации падающей волны и направлением пропускания поляризатора. Соотношение (4.5) называется законом Малю.
Если падающий свет неполяризован, то в нем присутствуют
компоненты с любыми ориентациями вектора E, т. е. с любыми j. Усредняя (4.5) по углам, получаем: . Значит, при любой ориентации
поляризатора, через него проходит половина интенсивности естественного света.
Из вышесказанного видно, что типы поляризации световых волн отличаются большим разнообразием. Поэтому необходимо ввести количественную характеристику – степень поляризации. Определение степени поляризации основано на представлении частично поляризованного света как смеси естественной Iест и поляризованной Iпол компонент:
(4.6)
Нетрудно видеть, что степень поляризации может изменяться в пределах 0 £ P £ 1. При этом значение P = 1 соответствует полностью поляризованному свету (с любым типом поляризации), а P = 0 – естественному свету. Все промежуточные значения соответствуют частично поляризованному свету.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.