§ 1 . Типы поляризации волн (С.Н. Козлов, А.В. Зотеев - Колебания и волны. Волновая оптика)

Глава V. Поляризация волнГЛАВА V. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН§ 1. Типы поляризации волнВ общем случае поляризация волн состоит в нарушениисимметриираспределениявозмущенийотносительнонаправления распространения волны. Для продольных волнтакое нарушение симметрии невозможно, поэтому продольныеволны не бывают поляризованными.

Любые поперечные волны (какупругие – в твёрдом теле, так и электромагнитные) могут бытьполяризованными. В дальнейшем мы ограничимся обсуждениемявлений, связанных с поляризацией световых волн,ввиду ихбольшой практической важности.До сих пор при рассмотрении явлений интерференции идифракции света мы не акцентировали внимание на том, чтоэлектромагнитные волны – поперечные. Теперь мы будемрассматриватьситуации,когдаэтоимеетпринципиальноезначение.Свет называется поляризованным, если направление колебанийвектора напряжённости электрического поля (“световой вектор”)сохраняется неизменным или меняется закономерным образом.Различают несколько типов поляризации световых волн.1.

Свет называют плоско (или линейно) поляризованным, есликолебаниявекторанапряжённостиэлектрическогополяпроисходят в одной плоскости. Пусть свет распространяетсявдоль оси Z прямоугольной декартовой системой координат XYZ.На рисунке 5.1 представлена “мгновенная фотография” плоскополяризованной волны. Плоскость, в которой колеблется векторrнапряжённости электрического поля Е , принято называть128Колебания и волны.

Волновая оптикаY ЕroZrВXРис.5.1плоскостью колебаний*) – на рис.5.1 это плоскость YОZ. Еслиrнаблюдать за вектором Е в некоторой точке пространства O, то влюбой момент времени он окажется ориентированным вдольодной и той же прямой линии – на рис.5.1 и рис.5.2,а это ось ОY(отсюда название «линейная поляризация»).YYrЕ ( t)⊗X⊗бaYrЕ (t)X87в1⊗6Yr(t)Е23 X41⊗rЕ (t)Xг5Рис.5.22. Свет называется эллиптически поляризованным, если конецrвектора Е в последовательные моменты времени описываетэллипс в плоскости XОY – см. рис.5.2,б.ПоворотвекторапроисходитсZугловойскоростью ω = 2π c /λ (c – скорость света).Пространственная “мгновенная фотография”эллиптическиполяризованнойволныrЕпредставляет собой “винтовую лестницу” сэллиптическим*)сечением–рис.5.3.СРис.5.3rИсторически сложилось называть «плоскостью поляризации» – плоскость колебаний вектора В .129Глава V. Поляризация волнтечением времени “эллиптический винт” смещается вдоль оси Zсо скоростью c.

Различают «правую» и «левую» эллиптическиеполяризации.Историческисложилосьназыватьсвет«правополяризованным», если для наблюдателя, смотрящегоrнавстречу лучу, вектор Е вращается по часовой стрелке.3. Светназываетсяполяризованнымпоциркулярнокругу),еслиполяризованнымконецвектораrЕ(иливпоследовательные моменты времени описывает в плоскости XОYокружность – см. рис.5.2,в. Важно понимать, что в случаеэллиптической и циркулярной поляризации вектор меняет своеположение с течением времени очень быстро, но закономерно.Дляпримеранарис.5.2,в показаны 8 последовательныхrположений вектора Е в моменты времени, отличающиеся наравные интервалы ∆t.Поэтому можно сказать, что тип поляризации определяетсяформойтраектории,которуюописываетконецвекторанапряжённости в неподвижной плоскости, перпендикулярнойнаправлению распространения света.4.

Световые волны, испускаемые обычными источникамисвета,неимеюткакого-либовыделенногонаправленияколебаний вектора напряжённости электрического поля; такойrсвет принято называть естественным. Вектор Е очень быстро ибеспорядочно меняет свое направление в плоскости XОY (волнапоперечна!) – рис.5.2,г. Если в некоторый момент времени trвектор Е занимает положение 1, указанное на рисунке, то вследующий момент времени t+∆t он с равной вероятностью можетоказаться в одном из положений показанных на рисункепунктиром.

Такой свет можно считать совокупностью огромного130Колебания и волны. Волновая оптикаколичества плоскополяризованных электромагнитных волн совсеми возможными ориентациями плоскостей колебаний.Обсудим теперь способы получения поляризованного света.Некоторые вещества сразу излучают поляризованный свет прилюминесценции(например,сернистыйцинк,некоторыемолекулярные кристаллы). Однако в большинстве случаевисточникисветаиспускаютнеполяризованныеволны(«естественный» свет). В следующем параграфе мы рассмотримявления, позволяющие создавать специальные устройства дляполученияполяризованногосветаизестественного–«поляризаторы».131.