Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 102

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 102)

Таким образом, поляроид пропускает лишь ту часть излучения, которая создана круговым движением электронов, происходящим против часовой стрелки, если смотреть на источник света. Если после кругового поляризатора поставить пластинку в«/, г., то свет с левой спиральностью превратится в свет с правой спиральпостью.

Аналогично, если свет слевой спиральностью отразится при нормальном падении от зеркала, он станет светом с правой спиральностью. Круговой поляризатор можно использовать как анализатор. Он пропустит свет с такой же спиральностью (направлением вращения вектора Е), какую он сам создает, но поглотит свет с противоположной спиральностью. Понять это можно из следующих рассуждений. Величина и знак сдвига фазы медленной линейно-поляризованной компоненты относительно быстрой компоненты не зависят от того, в каком направлении (прямом или обратном) проходит свет через пластинку в т/«г.. Когда свет проходит через круговой поляроид *) Здесь и дальше имеется в виду определение левой и правой круговой поляризации, принятое в оптике (правило винта), в прямом направлении, то система из линейного поляроида и следующей за ним пластинки в'/,? образует свет, поляризованный по кругу, с направлением вращения вектора Е от оси г к оси з.

Если этот свет отражается от зеркала, то направление вращения Е относительно оси, фиксированной в пространстве, остается неизменным (по закону сохранения момента импульса). Когда этот отраженный свет проходит в обратном направлении через пластинку в з/,)с, то между линейными компонентами возникает добавочное отставание по фазе на 90'. Таким образом, свет, распространяющийся в обратном направлении, прошедший через пластинку в '/, Х и падающий на линейный поляроид, будет линейно полярнзован в направлении, составляющем 90' с первоначальным направлением вдоль оси пропускания линейного поляроида. Действительно, одна линейная компонента изменила свой знак (т.

е. фазу — на !80'), а вторая осталась неизменной. Поэтому (отраженный) свет, распространяющийся в обратном направлении, поглощается. Это объясняет, почему блестящая поверхность зеркала илп металла, накрытая круговым поляризатором (линейный поляроид вверху), выглядит темной (более точно, темно-синей).

Зеркало меняет сппральность. Аналогично, любой свет с правой спнральностью поглощается вашим круговым поляроидом (нз которого выходит свет с левой спнральностью), если он падает на него со стороны выхода, т. е. со стороны пластинки в'/,Х. С другой стороны, когда на выход кругового поляроида (придающего свету левую спнральность) падает свет с левой спиральностью, то пластинка в '/, ? уменьшает разность фаз между з- и г-компонентами до нуля (з-компонента до пластинки опережала на 90' $-компоненту). Поэтому, когда свет достигает линейного поляроида, з- и 1-компонеиты — в фазе и свет полностью проходит через поляроид, не теряя интенсивности (как всегда пренебрегаем малыми потерями на отражение). Рассмотрим пример. Допустим, что вы смотрите иа источник света через поляроид.

Вращение поляроида относительно линки наблюдения не меняет интенсивности. Далее, предположим, что вы смотрите на источник через круговой поляризатор (перевернутый); интенсивность не меняется. (Какой вывод вы можете сделать на этом этапе?) Теперь расположите пластинку в '/з Х между источником и круговым поляризатором и повторите вращение. Вы увидите, что свет полностью поглощается. Вывод; это свет с левой спнральностью. (Напомним, что ваш круговой поляризатор дает свет с левой спиральностью.) Пластинка в четверть длиньс волны и в половину длины волны.

Возьмите одну из двух пластинок прозрачного пластика из оптического набора *). Сложите вместе линейный поляроид и выбранную пластинку так, чтобы край поляроида составлял с краем пластинки угол в 45'. Посмотрите через эту систему на источник света *) Читателю придется самому изготовить пластинки Че Х н г/з Х, так хаи и втой книге оптический набор не приложен, См. задачи 8.10 и 8.1/. (//рим. редд 89! или небо (поляроид обращен к источнику света). Поместите второй поляроид с другой стороны пластика.

Вращайте второй поляроид. Повторите тот же опыт с другой пластинкой пластика. Какая из них пластинка в ')4)» и какая в»/»)7 Повторите опыт, когда край пластинок нз прозрачного пчастика параллелен краю поляроидов. На пластине, из которой была вырезана ваша пластинка в '), )», не было написано: «задержка в '!4 Х». Вместо этого на пластине было написано: <величнна задержки (140-~-20) нм. (1 им=10 ' м= = !О-' сн =10 А.) Таким образом, задержка равна 1400 А. Зто одна четверть длины волны, равной 4 1400 А =5600 А (т. е. зеленый свет). Постараемся понять, что значит приведенное выше обозначение.

Относительная задержка по фазе Лф между з- и 7"-компонентами, проходящими через задерживающую пластш»ку толщины Лг с показателяии п, и пп равна Лр=2п (и,— и<) —, Ьг (69) Для пластинки в»!«)» фазовая задержка соответствует»!«цикла, т. е. п(2 рад. Должно выполняться равенство (п«п/) Лз )4)"' (70) Приведенное выше обозначение пластины (из которой вырезалась ваша пластинка) указывает, что (п, — л«)Лг равно ',~«Х„где Х»= 5600 А. Зта «пространственная задержка» не зависит от Х (в большей части видимого диапазона длин волн).

Зто означает, что с достаточной точностью можно считать, что п, — пг не зависит от длины волны. Для произвольной длины волны (вндимого света) имеем «» 5600А 2 Л (71) Аналогично для пластины в 1» )» имеем величину задержки (280 ~ 20) нм. Неполяризованный свет. Пытаясь определить с помощью набора поляроидов поляризацию света от лампы, вы обнаружите, что линейный поляроид не изменяет интенсивности проходящего света при любом угле поворота вокруг линии наблюдения. Точно так же не происходит изменения интенсивности, когда пластинка в»/«)«помещена между источником и поляроидом. Разложим поле, создаваемое источником, на линейно-поляризованные колебания, направленные по осям х и у, н выразим результат нашегоопыта через уравнения (63), (64), (67) и (68) (черта над измеряемыми величинами указывает на то, что измерения производятся в течение «времени измерения» Т): ! —, ! —, !г! —, = — ~ — Е,'-(- я Е; — Е,Е» з)п (»р» — (р»)~.

(72) Другими словами, для любого выбора осей х и у средняя во времени величина Е„ 'равна средней во времени величине Е„' и средняя во времени величина соз (~р, — ~р,) и яп (ф, — ~р») равна нулю. Конечно, не существует угла ~р, — р„ обладакицего свойством, что его з!и и соз оба равны нулю. Существенным в уравнении (72) является черта, которая указывает, что берется среднее за время Т. Причина того, что среднее значение соз («р, — ~р«) и з!и («9« — ~р«) равно нулю, заключается в том, что разность фаз «р, — «р« за длительный интервал времени Т, в течение которого мы делаем измерения, меняется случайным образом.

Она принимает все значения от — и до +л. И яп и соз за время Т бывают положительными так же часто, как и отрицательными, и в среднем дадут нуль. Если бы мы могли выполнить измерения за 1О ««сел (это время измерения Т, характерное для газоразрядного источника с доплеровским расширением линии), результаты были бы иными.

Мы бы нашли, что свет полностью поляризован в любой «момент» времени. Под «моментом» мы понимаем интервал времени, за который происходит много колебаний, но который мал по сравнению с временем когерентности (Лч) '. При помощи «пружины» можно получить механический аналог неполяризованного света. Возбудим «пружину», потряхивая ее конец то в одном, то в другом направлении. Предположим, что нами сделана фотография с экспозицией в Т с«к.

Если Т мало по сравнению с интервалом между последовательными возбуждениями, то фотография обнаружит полную поляризацию. Если Т велико, то на фотографии будет видно изображение неполяризованных колебаний. Частичная поляризация. Если Т не мало и не велико по сравнению с временем когерентности, излучение называется частично лоллризоаанним. В этом случае имеется некоторое ощутимое различие между результатами четырех измерений, определяющих Е„*, Е'„, соз (~р, — ~р») и з!п(«р, — ~р»). Существует много разных спо-, собов выражения того факта, что за время Т часть поляризации «размывается».

Например, можно ввести понятие о «частичной поляризации Р»: Р' =— [з!и (~р„— ~р«)) ' + [соз (~р,— <р«))», (73) где яп (<р,— «р«) и сов(«р,— ф«) определяются по измерениям интенсивности, дающим результаты, представленные уравнениями (63), (64), (67) и (68). Если Т мало по сравнению с временем когерентности, то Р равно 1; если Т велико по сравнению с этим временем, то Р равно нулю. Для промежуточных значений Т Р лежит между нулем и единицей. Однако, чтобы полностью определить колебание, мы, как и прежде, должны измерить четыре константы. 393: Задачи и домашние опыты 8.1. В п.

Характеристики

Список файлов книги