Раньше мы говорили о поляризации диэлектриков. Теперь же поговорим о поляризации света. Это два совершенно разных явления.

Поляризацией света называют наличие у световой волны преимущественного направления колебаний векторов напряженностей электрического и магнитного полей. Из параграфа «Электромагнитные волны» мы уже знаем, что вектора  и  имеют определенные направления в пространстве, перпендикулярные направлению распространения самой волны. Схематично поляризованная волна изображена на рисунке 11.2.

Рис. 11.2. Поляризация света

В зависимости от направления колебания векторов  и  различают три вида поляризации: линейную, круговую, эллиптическую. При круговой поляризации плоскость векторов напряженностей вращается по кругу (отсюда и название). В эллиптической, помимо вращения, величины векторов напряженностей меняются в размерах. Таким образом, конец этих векторов описывает эллипс (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Виды поляризации

Тип поляризации зависит от разности фаз δ между горизонтальной и вертикальной компонентами вектора напряженности Hx и Hy (или Ex и Ey). Кроме того, круговую и эллиптическую поляризацию можно разделить на левую и правую, когда вектор напряженности вращается вправо или влево. Правда, как вы понимаете, понятия «правое» и «левое» зависят от положения наблюдателя. Если мы, наблюдатели, расположимся лицом к движущейся на нас волне, то правую круговую поляризацию будет иметь волна на рисунке 11.3, в, правую эллиптическую — волны рисунка 11.3, б, г, левую эллиптическую — волна рисунка 11.3, е, а линейную — на рисунке 11.3, а, д.

Степень поляризации есть величина

где I — амплитуда колебаний вектора напряженности в двух перпендикулярных направлениях. Например, для линейно поляризованной волны I min = 0, и тогда степень поляризации

Такую волну называют полностью поляризованной.

Для естественного света (например, солнечного) получается нулевая степень поляризации, т.е. неполяризованный свет. Подумайте над таким вопросом: у сферически поляризованной волны также Imax = Imin, P=0. Можно ли тогда говорить, что сферически поляризованная волна не поляризована вовсе?

Как же получить поляризованную волну?

Есть несколько способов. Один из них — использование поляризатора, который представляет собой светопропускаемую пластинку. Материал этой пластинки таков, что его диэлектрическая и магнитная проницаемости ε и μ зависят от направления (анизотропия). Электромагнитная волна, попадая в такую анизотропную пластину, уменьшает напряженности электрического и магнитного полей в определенном направлении в ε и μ раз соответственно. Этот эффект вам хорошо знаком из курса электричества. Таким образом, на выходе из поляризатора будет волна, поляризованная в зависимости от угла поворота пластинки. Можно сравнить поляризатор со щелью. Если направить на нее световой поток, то на выходе из щели поток «обрежется» и на экране мы увидим свет в форме щели, ориентированной так же, как наша преграда (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Поляризатор

Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, определяет закон Малюса.

Закон Малюса

где I — интенсивность света, вышедшего из поляризатора, I0 — интенсивность света, падающего на поляризатор, φ — угол между плоскостью колебаний и плоскостью поляризатора.

Другой способ поляризации — отражение или преломление света. В преломленном луче преобладает поляризация в направлении, параллельном плоскости падения луча. В отраженном луче — поляризация в плоскости, перпендикулярной плоскости падения (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Поляризация при отражении и преломлении

При произвольной величине угла падения свет будет поляризован частично, при значении угла ΘБр, называемом углом Брюстера, свет в отраженном и преломленном лучах будет поляризован полностью,

где показатели преломления среды, из которой падает свет n1, в которую приходит — n2.

Двойное лучепреломление — эффект, возникающий в анизотропных кристаллах при прохождении через них светового луча. Проходя через кристалл, падающий луч разделяется на два, выходящих из кристалла в разных направлениях. При этом два этих луча, называемые обыкновенный и необыкновенный лучи, поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Обыкновенный луч подчиняется закону Снеллиуса, необыкновенный — нет, поэтому так и назван (рис. 11.6). Таким образом, кристалл — это природный поляризатор.

 

Рис. 11.6. Двойное лучепреломление

Пример

Пример 1 применения поляризаторов. Пробовали ли вы когда-либо производить фотосъемку со вспышкой через стекло? Если да, то знаете, что это практически невозможно. Свет вспышки отражается от стекла, попадает обратно в объектив, и кадр получается засвеченным. Но профессиональные фотографы знают, как быть. Они используют в этом случае специальную насадку на объектив — поляризационный фильтр, или проще — поляризатор. Отраженный от стекла свет вспышки поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Если теперь такой поляризованный свет пропустить через поляризатор (его называют анализатором), плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации света, то свет вспышки не пройдет в объектив.

Пример 2 применения поляризаторов. Наверняка у вас есть микроволновая печь. А знаете ли вы, что электромагнитная волна там поляризована? Откройте дверцу микроволновой печи и загляните внутрь. Видите там небольшую прямоугольную пластину, напоминающую слюду? Это и есть поляризатор. Если его снять, то микроволновая печь потеряет свою основную функцию и будет не пригодна для использования.

Пример 3 применения поляризаторов. Расположите свой указательный палец в нескольких сантиметрах от носа и закройте левый глаз. А теперь откройте левый глаз, но закройте правый. Видите, что положение пальца меняется относительно окружающих предметов? Это происходит потому, что левый и правый глаз видят разные картинки. Они сдвинуты друг относительно друга. Этот сдвиг дает нам возможность воспринимать объемное изображение. Отведите теперь свой указательный палец подальше от носа, и вы убедитесь, что сдвиг от восприятия левым и правым глазом существенно уменьшился.

Это легло в основу технологии воспроизведения объемного изображения 3D IMAX. Два проектора одновременно создают на экране два изображения, наложенных друг на друга. Свет от одного изображения поляризован в вертикальной плоскости, от другого — в горизонтальной. Для того чтобы увидеть объемное изображение, нужно заставить наши глаза воспринимать две разные картинки, сдвинутые друг относительно друга. Это можно сделать поляризатором. Вставляем поляризаторы в оправу от очков так, что их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Теперь один глаз видит картинку, свет от которой поляризован в одном направлении, но не видит второй картинки. Другой же глаз — наоборот. Все просто.


Важно запомнить

  1. Степень поляризации
  2. Закон Малюса
  3. Угол Брюстера
Последнее изменение: понедельник, 19 Сентябрь 2016, 11:55