МУ-О-73 (1003791), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Привращении поляризатора вокруг направления естественного луча интенсивность прошедшегосвета остается постоянной, изменяется лишь ориентация плоскости колебаний светового вектора волны, выходящей из поляризатора.yразрешенноенаправлениеxSПнеполяризованныйсветАzполяризованныйсветРис. 8Поставим на пути луча от источника S естественного света два поляроида – П и А, угол между разрешенными направлениями которых можно изменять (рис.
8). Из первого поляроида выйдет линейно-поляризованный свет, интенсивность которого I0 составит половину интенсивностиестественного света Iест. Согласно закону Малюса, из второго поляроида выйдет свет интенсивностиI0 cos2 .Таким образом, интенсивность света, прошедшего через два поляроида,8I = 0,5 Iест cos2 .(2)Максимальную интенсивность получаем при = 0 и = (в этих случаях разрешенные направления двух поляроидов параллельны). Если = / 2 или = 3 / 2, то говорят, что поляроиды скрещенные, при этом свет через них не проходит. Таким образом, при изменении углаот нуля до 2 свет два раза будет погашен и два раза достигнет максимума.На рис. 8 первый от источника света поляроид (П) служит поляризатором света, а второйанализатором (А). Если при вращении анализатора наблюдается полное гашение света, то светперед анализатором имеет линейную поляризацию.
Если на анализатор падает естественныйсвет, то интенсивность прошедшего света не изменяется при вращении анализатора.Поляризатор, задерживающий перпендикулярные к его разрешенному направлению колебания только частично, будем называть несовершенным. Просто поляризатором будем называтьидеальный поляризатор, полностью задерживающий колебания, перпендикулярные к его разрешенному направлению, и не ослабляющий колебаний вдоль разрешенного направления.Формулы (1) и (2) верны для идеальных поляризаторов. Поляроиды нельзя считать идеальными, так как в скрещенном положении они не гасят свет полностью, а в параллельном положении несколько ослабляют свет.На выходе из несовершенного поляризатора получается свет, в котором колебания одногонаправления преобладают над колебаниями других направлений.
Такой свет называют частично поляризованным. Его можно рассматривать как смесь естественного и линейнополяризованного света.Если пропустить частично поляризованный свет через идеальный поляризатор, то при вращении поляризатора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от Iмакс до Iмин.
ВеличинуP = (Iмакс – Iмин) / (Iмакс + Iмин)называют степенью поляризации. Для линейно-поляризованного света Iмин = 0, поэтому P = 1.Для естественного света интенсивность не изменяется при вращении поляризатора (Iмакс = Iмин),для него P = 0.2.2. Двойное лучепреломление в кристаллахКристаллы анизотропны: в кристалле свойства (механические, электрические, оптические)не одинаковые в различных направлениях. Для световых волн свойства кристаллов зависят какот направления луча, так и от направления колебаний светового вектора. Поведение света вкристаллах рассматривается в разделе «Кристаллооптика» [1 – 5].9ео78O 08101O 52исландскийшпатбаРис.
9Одним из ярких явлений кристаллооптики является двойное лучепреломление. Особенновыразительно оно в кристалле исландского шпата. При падении на такой кристалл пучка естественного света происходит образование двух преломленных пучков несколько различных направлений распространения (рис. 9). Если кристалл достаточно толстый, а падающий пучоксвета узкий, то из кристалла выходят два разделенных в пространстве пучка, направленных параллельно падающему.
Даже в том случае, когда световой пучок падает на грань кристаллаперпендикулярно его поверхности (рис. 9, б), преломленный пучок разделяется на два. Из пучканеполяризованного света образуются два пучка линейно-поляризованного света, причем направления колебаний светового вектора в них взаимно перпендикулярны. Это свойство исландского шпата лежит в основе действия поляризаторов, например, призмы Николя [1–5].2.3. Поляризация света при отражении и преломлении в диэлектрикеЕстественный свет, отраженный от границы раздела двух изотропных диэлектриков, например воздуха и стекла, частично поляризован.
Однако существует такой угол падения, называемый углом Брюстера iБ, при котором отраженный луч полностью поляризован. В этом случаеугол между отраженным и преломленным лучами равен /2 (рис. 10) . Отсюда, с учетом законапреломления света, следует связь между углом Брюстера и показателями преломления двухсред (закон Брюстера):tg iБ = n2 / n1,(3)где n2 и n1 – показатели преломления второй и первой сред соответственно. Например, свет распространяется в воздухе (n1=1) и отражается от стеклянной пластинки (n2 = 1,5); в этом случаеугол Брюстера iБ = 56°.10Отраженный и преломленные лучи для случая падения под углом Брюстера показаны нарис. 10.
Естественный, неполяризованный свет, падающий на границу раздела диэлектриков,представим в виде двух ортогональных некогерентных компонент. Компонента 1 лежит в плоскости падения, она показана на рис. 10 стрелками. Компонента 2, перпендикулярная плоскостипадения, показана точками. При угле Брюстера частично отражается только компонента 2, поэтому отраженный луч полностью поляризован и его световой вектор перпендикулярен плоскости падения.12iБiБ2/2n1n221Рис. 10Преломленный луч содержит полностью компоненту 1 и частично компоненту 2, поэтомуон поляризован всегда частично, с преобладанием компоненты в плоскости падения.
Наибольшая степень поляризации преломленного луча будет в случае падения под углом Брюстера.P=0P>0,5iБРис. 11Но даже тогда степень поляризации невелика. Степень поляризации прошедшего светаможно увеличить, пропустив свет через стопку из большого числа параллельных стеклянных11пластинок под углом падения, равным углу Брюстера. Такая группа пластинок называется стопой (рис. 11) и может служить поляризатором или анализатором.3. Получение света эллиптической и круговой поляризацииСвет эллиптической и круговой поляризации получают из линейно-поляризованного света,пропуская его через специальную кристаллическую пластинку, которая вносит сдвиг фаз междуортогональными компонентами электрического вектора. В плоскости пластинки имеются двавзаимно перпендикулярных главных направления, обозначенные на рис. 12 осями х и у.
Линейно-поляризованные волны с направлением колебаний, параллельными оси х и оси у, распространяются в пластинке с различными скоростями, соответственно равными vx и vy. Следовательно, для этих волн кристалл имеет различные показатели преломления: nx = с / vx и ny = с / vy.yEEYxzEXРис.
12Направим на пластинку монохроматическую линейно-поляризованную волну, электрический вектор E которой ориентирован под некоторым углом к оси х (см. рис. 12). Разложимвектор E на составляющие E x и E y . На входе пластинки векторы E x и E y находятся в фазе, ана выходе между ними появляется сдвиг фаз , возникающий из-за различия скоростей распространения: = (2 /) d (nу – nх),(4)где – длина волны в вакууме, d – толщина пластинки.Таким образом, на выходе пластинки получаем две ортогональные когерентные линейнополяризованные волны, сдвинутые по фазе. Как отмечалось выше, такие волны образуют эллиптически-поляризованную волну, а при некоторых разностях фаз – ее частные случаи: круговую(циркулярную) и линейную поляризации (см.
рис. 5).12yyyEEEy0xEx0xxEEEа)б)в)Рис. 13Рассмотрим важный случай, когда пластинка создает сдвиг фаз = / 2. Такую пластинкуназывают «пластинкой /4». При таком сдвиге фаз свет, прошедший через пластинку, будет эллиптически-поляризованным, причем эллипс будет приведен к осям x и y (рис.
13, а).Если вектор E линейно-поляризованной волны составляет с осью x угол = 45°, то амплитуды ортогональных компонент одинаковые, и на выходе из пластинки мы получим волну скруговой поляризацией – эллипс вырождается в окружность (рис. 13, б).Если направление колебаний в падающей на пластинку волне совпадает с одним из главныхнаправлений, например с осью y, то в этом случае одна из двух ортогональных компонент от-сутствует Ex 0 0 и волна, прошедшая через пластинку, остается линейно-поляризованной втой же плоскости, что и перед пластинкой (рис. 13, в). В этом случае эллипс вырождается впрямую.13Таким образом, с помощью четвертьволновой пластинки из линейно-поляризованного светаможно получить свет с эллиптической или круговой поляризацией, а также оставить поляризацию света неизменной.Пластинку /4 изготавливают из кварца. Можно изготовить пластинку /4 из слюды толщиной d = 38 мкм, которая создает необходимую разность фаз π/2 для красного света длиной волны = 0,65 мкм.Пленки из различных полимеров также могут быть использованы для получения пластинки/4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
