§ 25. поляризация света

Поперечность световых волн является одним из следствий электромагнитной теории Дж. К. Максвелла и выражается в том, что колеблющиеся в волнах векторы напряжённости электрического поля Е и индукции магнитного поля В перпендикулярны между собой и направлению распространения этих волн (см. рис. 14). Для описания электромагнитной волны достаточно знать, как изменяется один из этих двух векторов, например, E, который называют световым вектором.   Поляризацией света называют ориентацию и характер изменений светового вектора в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Свет, в  котором  направления  колебаний  светового  вектора  каким-то образом упорядочены,  называется  поляризованным.

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор, сохраняет свою ориентацию, то такую волну называют линейно-поляризованной или плоско-поляризованной, а плоскость, в которой колеблется световой вектор - плоскостью колебаний (см. рис. 25а и плоскость yz на рис. 14). Электромагнитная волна, испускаемая каким-либо атомом (или молекулой) в единичном акте излучения, всегда линейно-поляризована. Источником линейно-поляризованного света также являются лазеры.

Если плоскость колебаний электромагнитной волны постоянно и беспорядочно меняется, то свет называют неполяризованным. Естественный свет (солнца, лампы, свечи и т.п.) является суммой излучений огромного числа отдельных атомов, каждый из которых в определённый момент излучает линейно-поляризованные световые волны. Однако, так как плоскости колебаний этих световых волн хаотически изменяются и не согласованы между собой, то суммарный свет получается неполяризованным (рис. 25б). Поэтому неполяризованный свет часто называют естественным.

Если амплитуда светового вектора в каком-то направлении больше, чем в остальных, то такой свет называют частично поляризованным (рис. 25в). Естественный свет при отражении от неметаллических поверхностей (вода, стекло и т.п.) превращается в частично поляризованным так, что амплитуда светового вектора в направлении, параллельном отражающей плоскости, становится больше. Преломление естественного света на границе двух сред тоже превращает его в частично поляризованный, однако в этих случаях, как правило, амплитуда светового вектора в направлении, параллельном отражающей плоскости, становится меньше.

Естественный свет можно преобразовать в линейно-поляризованный, используя  поляризаторы - устройства, пропускающие волны со световым вектором только определенного направления. В качестве поляризаторов часто применяют кристаллы турмалина, который сильно поглощает лучи со световым вектором, перпендикулярным к оптической оси кристалла (рис. 25г). Поэтому естественный свет, проходя через пластинку турмалина, становится линейно-поляризованным  с  электрическим   вектором,   ориентированным   параллельно оптической оси турмалина.

 Изучение поляризованного света широко используется во многих областях техники. Так как поляризация света изменяется при деформации прозрачной среды (например, стекла), через которую он проходит, то это даёт возможность измерять величины этих деформаций. Известно, что световые блики, возникающие при отражении естественного света от гладких поверхностей, частично поляризованы, и поэтому в фотографии от них можно избавляться с помощью специальных поляризационных фильтров. Естественный солнечный свет после рассеяния на молекулах воздуха становится частично поляризованным в направлении, перпендикулярным направлению на солнце. Эти пользуются многие животные для ориентации в облачную погоду.

Вопросы для повторения:

·        Что называют световым вектором и линейно-поляризованным светом?

·        Что называют естественным и частично поляризованным светом?

·        Что такое поляризаторы?

 

Рис. 25. (а) – ориентации светового вектора в плоскости, перпендикулярной световому лучу при линейно-поляризованном свете; (б) – то же для естественного света; (в) – то же для частично поляризованного света; (г) – прохождение луча, состоящего из двух линейно-поляризованных световых волн, через два скрещенных поляризатора с оптической осью ОО₁.