Природне і поляризоване світло
Як було зазначено в розділі 1, вектора напруженості електричного і магнітного полів плоскою монохроматичному електромагнітної хвилі коливаються в площині, перпендикулярній напрямку її поширення. Крім того, було встановлено, що коливання векторів напруженостей електричного і магнітного полів плоскою монохроматичному електромагнітної хвилі поляризовані. Залежно від характеру коливань векторів напруженості електричного і магнітного полів плоскою монохроматичному електромагнітної хвилі поляризація хвилі може бути лінійною, круговою і еліптичною.
У лінійно поляризованої хвилі коливання вектора напруженості електричного поля здійснюються уздовж лінії, розташованої в площині, перпендикулярній напрямку поширення хвилі. На рис. 8.1a зображена орієнтація векторів напруженості електричного і магнітного полів лінійно поляризованої плоскої електромагнітної хвилі, що розповсюджується вздовж осі з коливаннями вектора під кутом до осі. У цьому випадку електромагнітну хвилю називають також плоскополярізованний. Площина поляризації, позначена символом на рис. 8.1a, визначається напрямком поширення хвилі і напрямом коливань вектора напруженості електричного поля.
Кругову або еліптичну поляризацію електромагнітної хвилі називають лівою, якщо обертання вектора напруженості електричного поля цієї хвилі відбувається проти годинникової стрілки, якщо дивитися з напряму хвилі. Навпаки, якщо обертання вектора напруженості електричного поля цієї хвилі відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися з напряму хвилі, то поляризація електромагнітної хвилі називається правою.
Електромагнітні хвилі, що випромінюються природними джерелами, як правило, є неполяризованого. Для пояснення зауважимо, що випромінювання природних джерел можна представити як хаотичну послідовність випускання цугов електромагнітних хвиль окремими атомами джерела в довільних напрямках, з довільними початковими фазами. Коливання вектора напруженості електричного поля результуючої електромагнітної хвилі зважаючи на це не може мати будь – якого певного напрямку в просторі. Спрощене уявлення про електромагнітну хвилю, випромінюваної природним джерелом в деякому напрямку, можна скласти, якщо уявити цю хвилю у вигляді суми двох некогерентних хвиль однакової інтенсивності, поляризованих у двох довільно вибраних взаємно перпендикулярних напрямках.
Способи отримання поляризованих електромагнітних / світлових
Існує кілька способів отримання з неполяризованого електромагнітної хвилі поляризованої. Так, у розділі 3 було розглянуто ефект Брюстера, в результаті якого електромагнітна хвиля, відображена від поверхні діелектрика під кутом Брюстера виявляється поляризованої перпендикулярно площині падіння (рис. 3.9). Інший спосіб отримання лінійно поляризованого світла з неполяризованого зустрічався в розділі 3 при ознайомленні з дослідами Г. Герца, в яких були встановлені основні властивості електромагнітних хвиль. Так, в одному з цих дослідів розглядалося проходження електромагнітної хвилі через екран у вигляді паралельних провідних стрижнів, смужок або проводів (рис. 3.8c). Як випливає з цього досвіду, проходження електромагнітної хвилі через такий екран залежить від орієнтації смужок екрана по відношенню до напрямку коливань вектора напруженості електричного поля опромінюючої екран хвилі. Якщо смужки перпендикулярні, то електромагнітне поле практично без втрат проходить через екран. Навпаки, якщо смужки паралельні, то падаюча на поверхню екрану електромагнітна хвиля практично повністю відбивається від нього.
З цих міркувань випливає, що екран з провідними смужками, орієнтованими в певному напрямку, можна розглядати як фізичний прилад, за допомогою якого з неполяризованого електромагнітної хвилі виходить поляризована в напрямку, перпендикулярному напрямку орієнтації смужок. Пристрої такого роду отримали назву поляризаторів або поляроидов. При обертанні екрану з провідними смужками інтенсивність лінійно поляризованої електромагнітної хвилі відповідно до (8.2) буде змінюватися від деякого максимального значення, коли смужки перпендикулярні вектору напруженості електричного поля висвітлює екран електромагнітної хвилі, до мінімального, рівного нулю, коли смужки паралельні.
Характерною особливістю принципів функціонування різних видів поляризаторів є використання анізотропних середовищ для отримання поляризованих електромагнітних хвиль і, зокрема, світла. У поляризаторі у вигляді проводять смужок в екрані анізотропія створюється певною орієнтацією в просторі проводять смужок, що змінюють характер поширення електромагнітних хвиль, поляризованих перпендикулярно і паралельно напрямку смужок.
Як природних поляризаторів електромагнітних хвиль, і, зокрема, світла на практиці широко використовуються кристали. У кристалах через впорядкованого розташування атомів і молекул в просторі при певній симетрії виникають умови анизотропного поширення електромагнітних хвиль, по відношенню до деяких виділеним в просторі напрямками. Більш докладно питання поширення електромагнітних хвиль в кристалах розглядаються далі в цьому розділі.
У поляризаторах можна визначити площину, звану площиною поляризатора, що володіє тим властивістю, що лінійно поляризована електромагнітна хвиля, вектор напруженості електричного поля якої коливається в площині, паралельній площині поляризатора, не змінює своєї поляризації. Крім цього в поляризаторі є також площину, що володіє тим властивістю, що лінійно поляризована електромагнітна хвиля, вектор напруженості електричного поля якої коливається паралельно цій площині, повністю або частково поглинається.
Для поляризаторів у вигляді проводять смужок в екрані площиною поляризатора, очевидно, є площина, перпендикулярна напрямку смужок.
Ступінь поляризації електромагнітних / світлових хвиль
Поляризатори, в яких відбувається повне поглинання електромагнітних хвиль, поляризованих перпендикулярно площині поляризатора, називають ідеальними або просто поляризаторами. Якщо ж повного поглинання немає, то поляризатор називають недосконалим.
Неполяризована електромагнітна хвиля, що проходить ідеальний поляризатор, перетворюється їм в лінійно поляризовану хвилю, площина коливань вектора напруженості електричного поля якої паралельна площині поляризатора. Інтенсивність коливань, отриманої таким чином лінійно поляризованої хвилі, буде в два рази менше інтенсивності неполяризованого хвилі, що спрямовується на поляризатор. Зменшення інтенсивності електромагнітної хвилі в два рази на виході з поляризатора пояснюється зазначеної вище можливістю представити неполяризованого хвилю у вигляді накладення двох некогерентних хвиль однакової інтенсивності, поляризованих взаємно перпендикулярно в довільно обраних площинах. Для поляризатора в якості однієї з таких площин вибирається площина поляризатора. Тоді через поляризатор пройде хвиля, поляризована паралельно цій площині. Хвиля, поляризована перпендикулярно площині поляризатора, буде поглинена. В силу сказаного вище інтенсивність вийшла з поляризатора лінійно поляризованої хвилі виявляється в два рази менше інтенсивності хвилі неполяризованого.
Неполяризована електромагнітна хвиля, що проходить недосконалий поляризатор, не є повністю лінійно поляризованої хвилею. У Електромагнітні хвилі, в яких коливання вектора напруженості електричного поля в певному напрямку переважають над коливаннями, що здійснюються в інших напрямках, називаються частково поляризованими. Частково поляризовані електромагнітні хвилі виникають на практиці не тільки після проходження ними недосконалих поляризаторів, але і в результаті їх розповсюдження в середовищах, що містять неоднорідності.
Стан поляризації довільній електромагнітної хвилі задається ступенем поляризації. Для визначення ступеня поляризації електромагнітної воли її пропускають через поляризатор, в якому можна міняти орієнтацію площини поляризатора, наприклад, за допомогою повороту поляризатора щодо напрямку поширення досліджуваної електромагнітної хвилі. У двох взаємно ортогональних орієнтаціях площині поляризатора будуть двічі відзначені максимальне і мінімальне значення інтенсивності проходить поляризатор електромагнітної хвилі. Виміряні таким чином максимальне і мінімальне значення інтенсивності електромагнітної хвилі, що пройшла через поляризатор при різних орієнтаціях його площині, визначають ступінь поляризації електромагнітної хвилі за допомогою наступного виразу.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)