Изучение поляризации света (Лабораторная работа № 11)

Калининградский  государственный  университет

Кафедра  общей  физики

Лаборатория оптики

Лабораторная  работа  № 11

ИЗУЧЕНИЕ  ПОЛЯРИЗАЦИИ  СВЕТА

                                                 Калининград

Лабораторная  работа  № 11

Изучение  поляризации  света

Герц экспериментально установил, что исследованные им электромагнитные волны – это волны с поперечными и при том уже поляризованными колебаниями. Колебания вектора Е возможны только в плоскости, проходящей через ось луча и ось вибратора, а колебания вектора К возможны только в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. Принято считать плоскость, перпендикулярную колебаниям вектора Е, плоскостью поляризации.

За 80 лет до опытов Герца французский физик Малюс открыл явление поляризации света, затем оно всесторонне было исследовано Брюстером, Араго, Био и главным образом Френелем.

Главная мысль этих исследований состоит в том, что луч, идущий от Солнца или распространяющийся от другого источника, например от дуги, есть луч естественный, неполяризованный, в нем возможны колебания во всех плоскостях, проходящих через ось луча О, но после всякого преломления и отражения луч оказывается частично поляризованным. Отсюда следует, что световые волны – это волны с поперечными колебаниями, то есть в световых волнах, как и в электромагнитных волнах Герца, колебания происходят перпендикулярно к направлению распространения света.

Рассмотрим, как обнаруживается поляризация света. Возьмем две пластинки кристалла турмалина, вырезанной параллельно его кристаллической (оптической оси). Если эти пластинки поставить друг за другом так, чтобы их оси были параллельны, и пропустить через них луч света, то этот луч, пройдя через обе пластинки, получит зеленоватую окраску, и никаких других особенностей мы не заметим. Но если начать вращать пластинку 2, оставляя пластинку 1 в ее первоначальном положении, то заметим постепенное послабление света, прошедшего через две пластинки (рис.1). Затемнение будет расти по мере дальнейшего вращения пластинки 2 и, наконец, луч будет совершенно погашен при перекрещенных кристаллах, то есть при взаимно перпендикулярных осях. Если продолжать вращать пластинку в ту же сторону, то освещение постепенно усиливается и достигает максимума при параллельности осей турмалинов.

Объяснение этого явления заключается в общих идеях о естественном и поляризованном луче. Пусть на первую турмалиновую пластинку падает естественный луч, в котором возможны световые колебания, содержащиеся во всех плоскостях, проходящих через ось луча. Пластинка 1 пропустит из них только колебания, которые параллельны ее оптической оси. Это значит, что из нее выйдет луч, поляризованный в плоскости Р, перпендикулярной оптической оси пластинки. Колебаний, направленных по другим направлениям, пропущено не будет. Если теперь пластинку 2 поставить так, чтобы оси 1 и 2 были взаимно перпендикулярны, то пластинка 2 не пропустит именно те колебания, которые были выделены пластинкой 1. В этом случае луч будет вообще  поглощен (рис.1).

Рис. 1 .

Если же оси кристаллов 1 и 2 образуют между собой угол, то и плоскости поляризации 1-Р₁ и плоскости 2-Р₂ развернуты на угол a. Амплитуду А поляризованного луча, прошедшего через пластинку 1; можем разложить по направлению оси пластинки 2 и по направлению плоскости поляризации луча в пластинке  2-Р₂:

 ,     ,      .

Пластинка 2 пропустит через себя только колебания с амплитудой ОС = Acosa, колебания с амплитудой ОВ = Asina , будут погашены пластинкой 2, как лежащие в плоскости поляризации Р₂ (рис.2).

Рис. 2 .

Как известно, энергия при колебательном процессе пропорциональна квадрату амплитуды:  

          .

Прилагая это общее положение к явлениям света, приходим к заключению, что интенсивность света I, оцениваемая энергией световых колебаний, пропорциональна квадрату амплитуды: