Практический курс физики. Волновая оптика (1013223), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Однако поперечность световыхволн приводит к зависимости свойств света от направления егораспространения.Если в некоторой области пространства распространяетсяэлектромагнитная волна, то, в каждой точке этой области в данныймоментвремениможно указать величину и направление трех векторов:rrrЕ, Н иперпендикулярных друг другу и образующих правуюrrrтройку, если смотреть вдоль вектора V . Векторы Е и Н всегда лежатв плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны,поэтому электромагнитные волны являются поперечными.
ВV,rrЕ иНсовершаются в некотором определенном направлении, и,следовательно, электромагнитная волна несимметрична относительнонаправления ее распространения. Это свойство асимметрии волныотносительно направления распространения носит названиеполяризации.илиПлоская волна называется линейно – поляризованнойrплоскополяризованной, если электрический вектор Е все время имеетодно и то же направление.rrПлоскость, образованная векторами Е и V , называетсяrплоскостью колебаний. Плоскость, содержащая вектора Н и Vr ,называется плоскостью поляризации.Эти две плоскостивзаимно перпендикулярны, алинияихпересечениясовпадает с линией, вдолькоторойраспространяетсяволна.В телах, служащихисточниками света, свет испускается огромным количеством атомов.Излучение каждого атома представляет собой плоскополяризованнуюволну.
Но плоскости колебаний в волнах, испускаемых различнымиатомами, а также их фазы различны. Кроме того, каждый атомначинает свой акт испускания с новым характером поляризации.Поэтому луч естественного сета, распространяющегося от какого-либоисточника, представляет собой совокупность лучей со всевозможнымиrплоскости, перпендикулярной вектору V , колебания векторов54фазами колебаний, поляризованных во всевозможных плоскостяхr, ихарактеризуютсябыстрой сменой фаз и ориентировкой векторов Е иrН.Большинство источников испускают свет,близкийкестественному.
Однако имеется в настоящее время и источники почтимонохроматического и поляризованного света – лазеры.Способы получения поляризованного света из естественногооснованы на явлениях поляризации света при отражении ипреломлении на границе раздела диэлектриков и поляризации светапри двойном преломлении в кристаллах.Явление отражения и преломления света на границе раздела двухпрозрачных изотропных сред удовлетворительно объясняется в рамкахэлектромагнитной теории Максвелла.В общем случае при отражении естественного света отдиэлектрика получается частично поляризованный свет, в которомrrимеется преимущество направление колебаний векторов Е и Н , нооно не является единственным.
Однако, при определенном углепадения света i Б , который называется углом Брюстера, отраженныйлуч становится линейно – поляризованным. Угол Брюстераопределяется соотношениемtgiБ = п12(3.1)При падении света под углом Брюстера, угол между отраженном ипреломленным лучами равен 90 0 , а плоскость колебаний вотраженном свете перпендикулярна плоскости падения.При преломлении естественного света наблюдается лишьчастичная поляризации. Степень поляризации преломленного лучамаксимальна при падении света на диэлектрик под углом Брюстера.При этом в преломленном луче будет ровно столько поляризованногосвета, сколько его содержится в отраженном луче.условное обозначениеrколебаний вектора Е ,направленногоперпендикулярнокплоскости падения;- условное обозначениеrвектора Ев плоскостипадения.• -55Чтобы достичь большей степени поляризации в преломленномсветовом луче, его пропускают под углом Брюстера через стопупрозрачных диэлектрических пластин, наложенных одна на другую(стопы Столетова).Число пластин в стопе 8-10.После прохождения естественного света через плоскую стопу светстановится практически полностью линейно – поляризованным.
Приэтом плоскость колебаний в прошедшем свете совпадает с плоскостьюпадения.Поляризация света происходит также при двойном преломлении вкристаллах.При прохождении света через большинство прозрачныхкристаллов наблюдается явление, получившее название двойноголучепреломления. Оно заключается в том, что луч, падающий накристалл, разделяется внутри кристалла на два луча,распространяющихся с разными скоростями и в разном направлении.Двоякопреломляющие кристаллы бывают одноосные и двуосные.У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняетсяобычным законам преломления. Этот луч называется обыкновенным иобозначается буквой Ο.
Для другого луча, называемогонеобыкновенным, и обозначаемого буквой ( е ), отношение синусовугла падения и угла преломления не остается постоянным приизменении угла падения. Даже при нормальном угле падения света накристалл необыкновенный луч отклоняется от нормали.Кроме того, необыкновенныйлуч не лежит, как правило, в однойплоскости с падающим лучом инормалью к преломляющейповерхности.Направление, вдоль которогообыкновенный и необыкновенныйлучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью,называется оптической осью кристалла.Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называетсяглавным сечением, или главной плоскостью кристалла.
Обыкновенныйи необыкновенный луч полностью поляризованы во взаимноперпендикулярныхнаправлениях.Плоскостьколебанийобыкновенного луча перпендикулярна к главному сечению кристалла.В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются вплоскости, совпадающей с главным сечением. При выходе изкристалла обыкновенный и необыкновенные лучи отличаются друг отдруга только направлением поляризации.56В некоторых кристаллах обыкновенный и необыкновенный лучипоглощаются по мере распространения неодинаково.
Например, вкристалле турмалина обыкновенный луч быстро затухает, и на выходеиз кристалла остается лишь необыкновенный луч, который являетсяпочти полностью поляризованным. Получить поляризованный свет спомощью двойного лучепреломления можно используя поляроиды. Вкачестве поляроида может служить прозрачная пленка, в которуювкрапливают много мелких кристаллов герапатита, оси которыхпараллельны между собой. Кристалл герапатита подобен турмалину,поэтому свет, прошедший через пленку, оказывается практическиполностью линейно – поляризованным.Исключение одного из лучей достигается применениемполяризационных призм. Одной из таких призм является призмаНиколя (или просто николь).
Призма Николя представляет собойкристалл исландского шпата, распиленный по диагонали и склеенныйканадским бальзамом.Грани естественного кристалла ошлифованы так, что острые углыего изменяются от 710 до 68 0 . Показатель преломления канадскогобальзама (nб = 1,55) лежит между значениями показателей преломленияобыкновенного и необыкновенного лучей:пе < пб < п0 .Луч света, падающего на грань АС призмы Николя, разделяетсяна два луча – обыкновенный и необыкновенный. Обыкновенный луч,преломляющийся сильнее, падает на границу с канадским бальзамомпод углом, величина которого больше предельного угла полноговнутреннего отражения, и испытывает полное внутреннее отражение.Затем этот луч падает на боковую грань АД кристалла, покрытуючерной краской и полностью поглощается.Из призмы, таким образом, выходит лишь одинплоскополяризованный луч.Любой прибор, позволяющий из естественного света получитьполяризованный, называется поляризатором.
Прибор, позволяющий57отличить естественный свет rот поляризованного, в последнемнаправление колебаний вектора Е называется анализатором.Поляризатор и анализатор взаимозаменяемы – один и тот жеприбор может служить как поляризатором, так и анализатором.Естественный свет можно представить как наложение двухнекогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимноперпендикулярных направлениях и имеющих одинаковуюинтенсивность.Рассмотрим два взаимно перпендикулярных колебания,совершающихся вдоль осей x и y и отличающихся по фазе на δ:E x = E ox cos wtE y = E oy cos(wt − δ ) .(3.2)Результирующая напряженностьявляетсявекторнойсуммойнапряженностей E x и EКак видно из рисунка,ytgϕ =EyЕслиδ=0Extg = ±=Eoy cos( wt + δ )E ox cos wtилиEoyE ox.(3.3)δ=π,= const.(3.4)Следовательно, результирующее колебание совершается вфиксированномнаправлении–волнаоказываетсяплоскополяризованной.
Если δ = ± π2 , а амплитуда колебаний равныЕох = Еoytgϕ = tgwt(3.5)Это означает, что плоскость колебаний поворачивается вокругнаправления луча с угловой скоростью ω, равной частоте колебаний.В случае произвольного постоянного значения δ две когерентныеплоскополяризованные световые волны, плоскости которых взаимноперпендикулярны, при наложениидают волну, для которой конецrрезультирующего вектора Е движется по эллипсу и представляетсобой эллиптически поляризованную световую волну.58rВ зависимости от направления вращения вектора Е различаютправую и левую круговую и эллиптическую поляризацию. Если поrотношению, противоположному направлению луча, вектор Евращается по часовой стрелке, поляризация называется правой, впротивном случае – левой.При прохождении естественного света через несовершенныйполяризатор получаем частично поляризованный свет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
