Фейнман - 03. Излучение. Волны. Кванты (1055663), страница 25
Текст из файла (страница 25)
82.8. Вогникногенне поляригауии у рассеянного луча, напрлггенного под пря.ння углогг к падатисему лучу. направлении, лежащем з плоскости, перпендикулярной падающему лучу, но, когда они движутся прямо к нам пли от нас, мы их не видим. Таким образом, хотя электрическое поле з падающем луче осциллирует зо зсезозможпых направлениях (з этом случае говорят о неполяризозаныом сеете), свет, рассеивающийся под углом 90', содержит колебания только з одном направлении (фиг.
32.3)! Ксть такое вещество, назызаемое поллроидом, через которое проходит только волна с электрическим полем, параллельным некоторой оси. С помощью поляроида можно заметить поляризациго ы, з частности, показать, что свет, рассеянный нашим раствором гнпосульфата, действительно сильно поляризозан. Главк Щ ПОЛЯРИВАПИИ В 1. Лекгпор э:гоьгггггыческого гго.гя сэегиоаогг во гггы В этой главе мы рассмотрим круг явлений, связанных с векторным характером электрического поля световой волны. В предыдущих главах направлепие колебаний электрического поля нас не интересовало, правда, мы отметили, что вектор электрического поля леягит в плоскости.,перпендикулярной направлению распространения света.
Но нам не нужно было знать направление вектора более точно. Теперь мы перейдем к изучению явлений, в которых главную роль играет определенное направление колебаний электрического вектора. В идеально монохроматическоп световой волне электрическое поле колеблется с определенной частотой, а так каях- 0 у-компоненты поля могут колебаться независимо с одной и той же частотой, то сначала мы рассмотрим сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний. Какое электрическое поле возникает при сложении колеоаний х- и у-компонент поля с одинаковой частотой? Складывая колебание в направлении х и колебание с той же фазой в направлении у, получаем в плоскости ху колебание в новом направлении.
На фиг. 33.1 показано, как происходит сложение колеоаний с разными амплитудами в направлении х и у. Но примеры, представленные на этом рисунке, не исчерпывают всех возможностей: до сих пор предполагалось, что колебаяня вдоль осей х и у находятся в одной фаге, но это совсем не обязательно. Может случиться, что х- и у-колебания происходят с разными фазами. В этом последнем случае вектор электрического поля описывает эллипс, что можно про- 116 5 1. Вектор электри чеспого пола световой волны й 2. Поларизапна рассеаниого света й 3.
Двойное лучепреловленве 5 4. Полариэв- торы 5 5. Оптпческпа активность й б. Интенсивность отраженного света $ 7, Апепвльиое преловлевве Е„= ! е,=о е„= о Е =! в Е„= 1 Е =-1 г е„= ! Ее= 1 Е =-1 г= е в гр и г. дд.1, Слалсеггае келеоаннл е наврав.!е!еннкк и у, когда рагнестг сдав мегкду нала равна нулю. Нгг иллюстрировать на следующем простом примере. Подвесим на длинной веревке мяч, чтобы он мог свободно колеоаться в горизонтальной плоскости; колебания будут носить синусоидальный характер.
Представим себе мысленно осп х и у в горизонтальной плоскости колебаний егяча с началом координат в точке покоя мяча. Выбирая соответствующее начальное смещение и начальную скорость мяча, можно ааставить мяч колебаться по оси х, по осв у или по любому другому направггепгпо в плоскости ху с одной и той жо частотой, равноп частоте маятника. Эти колебания мяча аналогичны колебаниям электрического вектора, приведенным на фиг.
33.1. В каждом случае колебания в направлениях х и у достигают максимума одновременно и, следовательно, оба колебания находятся в фазе. Но известно, что самый общий тип движения мяча — движение по эллипсу — возникает, когда колебания в направлениях х и у происходят с разными фазами. На фпг. 33.2 показано сггожение колебаний по осям х и у для разных значений сдвига фаз между ними. Во всех примерах электрический вектор описывает эллипс. Колебание по прямой есть тоже частный случай эллиптического, когда сдвиг фаз равен нулю (или целому кратному я); при равных амплитудах и сдвиге фаз 90' (или нечетном числе яг'2) происходит движение по округкности. На фиг.
33.2 компоненты электрического поля в направлениях х и у записаны в виде комплексных чисел, что оказывается очень удобным для явного выделения разности фаз. В этих обозначениях не следует только путать действительную и мнимую части с х- н у-компонентами поля. Изображенные на фиг. 33.2 компоненты поля по осям х и у есть реальные физические поля, которые можно измерить.
Действительная и мнимая части вектора электрического поля введены только для математического удобства, и физического смысла такое разделение не иегеетч Сделаем несколько замечаний о терминологии. Свет называется линейно поляризованным (иногда плоско поляризованным), если электрическое поле колеблется по прямой линии; на фиг. 33.г показан случай линейной поляризации.
Когда вектор электрического поля описывает эллипс, говорят об Г б ляр а г сав ога г„=сов м1, ! сав м1! ! ва/.З. о! /4 сав не! ! -в!з 1! ! ааз аг' та!о1гввео! Ввгззи соз и1! ! совая! -! ср крт О Г сев м1, -сов! Нв/4/; -ее/ асв мг; в!з ог! -в аав в1 аав оа! ! во!ляг!о/е/! -в ' саа мй ! Из/е аг и з. ЗА 2. Сложение колебаний е направлениях л и и с разными фазами. Компонентм Ех и Еи ааписанм и в действителаних и е нанплевсних одознааенилх. 118 эллиптической поляризации. Если же электрическии вектор описывает окружность, мы имеем круговую по.гяризацию. Если электрический вектор при своем движении в световой волне крутится как правосторонний винт, говорят о правой круговой поляризации.
На фиг. 33.2, зк приведен пример правой круговой поляризации, а на фиг. 33.2, в — пример левой круговой поляризации. В обоих случаях свет движется от плоскости страницы к читателю. Наше определение левой и правой круговых поляризаций согласуется с подобными опроделениями для всех других частиц в современной физике, для которых можно ввести понятие поляризации (например, для электронов). Однако в курсах оптики иногда используются прямо противоположныо определения, поэтому читате!по следует с осторожностью относиться к терминам левая и правая поляризация. Ыы описали линейную, круговую и эллиптическую поляриаации света и охватили, таким образом. все ваемо!нные случаи состояния света, кроме одного,— случая неполяризованного света. Ну, а как же мо"кет получиться неполяризованный свет, если язвестно, что колебания непременно происходят по тому иля иному эллппсуу Возьмем не вполне монохроматический свет, когда сдвиг фаз х- и у-колебаний непостоянен и электрический вектор колеблется произвольным образом; тогда поляризация света будет все время меняться.
Вспомним, что один атом излучает свет за 10 ' сек, н, если все атомы будут излучать свет с разной поляризацией, поляризация полного пучка света будет меняться через каждые !О а сек. Когда поляризация света изменяется столь быстро, что ее невозможно измерить, говорят о неполяризованном свето, потому что все эффекты поляризации усред- няются и сводятся к нулю. Ни один из интерференцпонных эффектов прп сложении поляризаций не проявляется для неполяризованного света. В то же время само определение неполяризованного света подразумевает, что экспериментально невозможно установить, полярпзован свет или нет.
Щ 2. 11олярнзацня рассеянного овегиа Первый пример поляризационных явлений, который пы уже ранее обсузкдали, есть рассеяние света. Рассмотрим проходящий в воздухе пучок света, напрлмер солнечного света. Электрическое поле возбуждает колебания зарядов в воздухе, и в результате этих колебаний излучается свет, интенсивность которого максимальна а плоскости, порнендикулярной движению зарядов. Пучок солнечного света неполяризован, т. е. направление поляризации постоянно меняется, а следовательно, изменяется и направление колебаний аарядов в воздухе. Возьмем пучок света, рассеянный под углом 90-: он возникает от излучения только тех частиц воздуха, которые колеблются перпендикулярно линии зрения наблюдателя.
». следовательно, пучок рассеянного света будет поляризован в направлении этих колебаний. Таким образом, рассеяние дает нам пример получения поляризованного света. ф З. Двойтое лт1чегггрнло,зглеггни Есть еще один интересный факт из области поляризационных явлений. Встречаются среды, показатель проломления которых различен для света, линейно поляризованного в том пли другом направлении. Допустим, например, что имеется некий материал, состоящий из вытянутых несферических молекул, длина которых больше их ширины; предположим, что молекулы в веществе выстроены так, чтобы их болыпие оси оказались параллел ьнымп. Что произойдет, когда на тело подействует осциллирующее электрическое поле? Предположим, что такая структура молекул способствует тому, что электроны в материале легче поддаются колебаниям вдоль оси молекулы, чем поперек нее.
При таких условиях следует ожидать, что поляризация в одном направлении будет вызывать один эффект, а поляризация, направленная под прямым углом к первой, — совсем другой. Назовем направление осей молекул отиической осью. Показатель преломления принимает разные значения в зависимости от того, направлена ли поляризация вдоль оптической оси или перпендикулярно ен. Среда с такими свойствами называется двоякопреломляюпгей. Она обладает двумя разными способами преломления, т. е.
двумя показателями преломления в зависимости от поляризации света в среде. Какие материалы обладают 119 этим свойством? Из разных соображений вытекает, что двоякопреломляющая среда должна иметь некоторое количество ориентированных несферических молекул. Ясно, что кубический кристалл, имеющий симметрию куба, не может быть двоякопреломляющим. А вот длинные игловидные кристаллы, безусловно, содержат несимметричные молекулы, и в них легко наблюдать эффект двойного лучепреломлепия. Попробуем сообразить, что получится, если направить поляризованный луч на пластинку двоякопреломляющего материала. Если поляризация параллельна оптической оси, свет пройдет через пластинку с одной скоростью, а если поляризация перпендикулярна — с другой скоростью. Интересная ситуация возникает, если луч света поляризован, например, под углом в 45' к направлению оптической оси. Тогда поляризация, как известно, представляется в виде суммы поляризаций в направлении л и у с равяыми амплитудами и фазами, что показано на фпг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
