Поляризация света

котором направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом.

В естественном свете колебания разных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга.

Плоско-поляризованный свет –колебания вектора Е и направление распространения волны образуют одну плоскость, положение которой в пространстве относительно направления распространения не меняется со временем.

осей OX и OYсо сдвигом фаз

Результирующее поле является суммой
исходных волновых полей, то есть

Угол между и определяется так:

В зависимости от можно классифицировать виды поляризации света.

то есть направление светового вектора, будет испытывать скачкообразные неупорядоченные изменения.

Это означает что естественный (неполяризованный) монохроматический свет можно считать наложением двух некогерентных электромагнитных волн одной частоты, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

2. Если волны являются когерентными, разность фаз постоянна δ =0,π

Световая волна − плоско- поляризована.

Плоскость, в которой колеблется световой
вектор в плоскополяризованной волне,
называется плоскостью колебаний (плоскостью поляризации).
Эта плоскость образована направлением колебаний Е и направлением распространения волны.

Вектор все время поворачивается относительно направления распространения с угловой скоростью ω. Это эллиптическая поляризация . Если А1=А2 − круговая (циркулярная) поляризация.

4. Смешанный случай: на фоне поляризованной волны есть частично неполяризованная волна. Это частично поляризованный свет.

Если смотреть навстречу волне и вращение вектора происходит
по часовой стрелке − правосторонняя поляризация;
против часовой стрелки − левосторонняя поляризация.

Правосторонняя поляризация

двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора , как .

Естественный свет:

Плоскополяризованный свет:

Частично поляризованный свет:

К эллиптически поляризованному свету эта характеристика – степень поляризации - неприменима, у него колебания вектора полностью упорядочены.

Поляризованный свет получается из естественного при его отражении от поверхности диэлектрика или прохождении через слой диэлектрика . Приборы, позволяющие получить поляризованный свет, называются поляризаторами. Простейшим поляризатором является зеркало.

например, из воздуха на поверхность стекла под произвольным углом часть света отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде, при этом отраженный и преломленный лучи частично поляризованы. На рис. а схематически изображены колебания светового вектора

в падающем, отраженном и преломленном лучах при

, перпендикулярные плоскости падения, обозначены на рис. точками, а колебания в плоскости падения – стрелками. В падающем луче 1 естественного света равновероятны оба вида колебаний, в преломленном луче 2 преобладают колебания

в плоскости падения, в отраженном луче 3 –

колебания, перпендикулярные плоскости падения.

(Плоскость падения – плоскость, образованная падающим, отраженным и преломленным лучами.)

произвольном угле падения луча. Колебания

взаимно перпендикулярны (рис. b ), при этом отраженный луч полностью поляризован и электрический вектор в нем колеблется перпендикулярно плоскости падения, преломленный луч тоже

a

b

максимально поляризован.

Закон преломления света при угле падения :

закон Брюстера (3.1): отраженный луч будет полностью поляризован, если тангенс угла падения луча на границу раздела двух сред равен относительному показателю преломления второй среды относительно первой.

(3.1)

- угол Брюстера

в любой момент времени как векторную сумму , где и − световые векторы одинаковых по интенсивности плоско- поляризованных световых волн, колеблющиеся соответственно перпендикулярно и параллельно плоскости падения луча. Когда электромагнитное излучение попадает во вторую среду, под действием светового вектора преломленного луча 2 валентные электроны вещества начинают колебаться около положений равновесия в направлениях,, перпендикулярных этому лучу, и . Вынужденные колебания электронов вещества формируют вторичное электромагнитное излучение – луч отраженного света 3.

При угле падения параллельна отраженному лучу и ее вклад в излучение в этом направлении равен нулю. Потому отраженный под углом луч полностью поляризован и электрический вектор в нем колеблется перпендикулярно плоскости чертежа.

− это главная плоскость поляризатора (на рис. она обозначена как П ).
При падении плоско-поляризованного света на поляризатор через него проходит только ''часть'' светового вектора – проекция его на ''разрешенное'' направление П (рис.):

или

(3.4)

(3.4) – закон Малюса.

- интенсивность падающего плоскополяризованного света;

- интенсивность прошедшего света;

- угол между плоскостью поляризатора и вектором в исходной волне.

поляризатор

Пусть - амплитуда светового вектора падающей волны, - амплитуда светового вектора прошедшей волны.

анализа света.
Поставим на пути естественного света два поляризатора, плоскости которых скрещены под углом φ.

Интенсивность света после второго поляризатора:

Интенсивность света после первого поляризатора:

Амплитуда вектора после второго поляризатора:

Оптические поляризаторы изготавливают из анизотропных кристаллов.

через все прозрачные кристаллы, за исключением принадлежащих к кубической системе, наблюдается явление, получившее название двойного лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два плоскополяризованных луча, распространяющихся с разными скоростями и в различных направлениях. Эти два луча называются обыкновенным − обозначается буквой о и необыкновенным − обозначается буквой е. Обыкновенный луч подчиняется закону преломления, он лежит в плоскости падения. Необыкновенный луч не лежит, как правило, в плоскости падения. Кроме того, . Примером таких кристаллов могут служить: исландский шпат, кварц, турмалин.

Оптическая ось кристалла − это определенное направление в кристалле, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь и с одинаковой скоростью. Оптическая ось – не линия, а направление, и может быть проведена через любую точку кристалла.

- лежит в плоскости падения.

- перпендикулярен плоскости падения.

одноосных кристаллов физические свойства обладают симметрией вращения относительно направления, называемого оптической осью .
Так, диэлектрическая проницаемость ε, отложенная по различным направлениям из начала координат, образует воображаемый эллипсоид:

- фазовая скорость электромагнитных волн в таких кристаллах будет по разным направлениям разная.

Главное сечение или главная плоскость кристалла − любая плоскость, проходящая через оптическую ось.

обыкновенном луче колебания светового вектора происходят в направлении, перпендикулярном к главному сечению кристалла, поэтому при любом направлении обыкновенного луча вектор
образует с оптической осью кристалла прямой угол, и скорость световой волны будет одна и та же

Для обыкновенного луча имеем сферическую волновую поверхность.

По форме волновой поверхности необыкновенного луча различают кристаллы :

оптически положительные:

оптически отрицательные:

1

лучей направления колебаний вектора образуют с оптической осью разные углы α. Для необыкновенного луча 1 угол

вследствие чего скорость имеет значение

а для необыкновенного луча 2 угол α=0 и скорость

равна

Можно доказать, что волновая поверхность необыкновенного луча представляет эллипсоид вращения. В местах пересечения с оптической осью кристалла этот эллипсоид и сфера, построенная для обыкновенных лучей, соприкасаются.

1

2

только один поляроид — роль второго будет выполнять сам объект исследования. И растягивать образец вам не нужно: напряжение и связанная с ним оптическая анизотропия появились в образце изначально, при его изготовлении.
Объектом исследования может служить любая прозрачная пластмассовая деталь со стенками или линейка. Возьмите, например, коробку от аудиокассеты, поместите ее на темном фоне (подставке) и осветите лампой примерно под углом Брюстера — через поляроид вы будете наблюдать красивые цветные узоры. Эти узоры обычно сгущаются вблизи углов и кромок, швов и отверстий (см., например, фотографии).

Такого рода оптические наблюдения позволяют выявить напряжения в деталях машин и конструкций на прозрачных моделях сложной формы, подвергнутых механическим деформациям.

плоскость световых колебаний проходящего через них света. (Твердые - кристаллические (кварц) и аморфные вещества, и жидкие - раствор сахара в воде, скипидар). Вещества отличаются асимметричным строением молекул, обычно встречаются в 2-х модификациях - право- и левовращающие (например, тростниковый сахар и свекольный сахар).
Молекулы одного вида есть зеркальное отражение молекул другого вида .

где с - концентрация раствора,
-удельное вращение плоскости поляризации.

Лево- и право- вращающие оптически активные вещества.

(ПЛОСКОСТИ КОЛЕБАНИЙ)

Угол поворота плоскости поляризации для твердых веществ:
Где ℓ -путь света в веществе, α –постоянная вращения.
Для растворов: