Лекция 11 Поляризация света.

1.Линейно- поляризованный свет.

2.Естественный и полярный свет.

3.Закон Мариуса.

4.Явление второго лучепреломления в кристаллах.

5.Частично- поляризованный свет.

Поляризация-круг явлений, связанных с поперечностью эл. магнитных волн. Поляризованным называют свет, у которого имеется выделенное направление колебаний вектора напряженностью Эл.поля E и вектора индукции магнитного поля B по отношению распространения света волны вдоль вектора скорости V.Свет обычных источников не является поляризованным ,а естественным. При этом направления колебаний векторов E и B в плоскости по направлению распространенния скорости статестически не выделено. Эти вектора равномерно заполняют окружность, плоскость которой скорости световой волны.

Свет называют линейно или плоско-поляризованным, если направление колебаний вектора Е сохроняется в одной плоскости . В тепловых источниках атомные диполи ориентируются хаотично в пространстве, их число порядка 10 моль . Поляризованным в значительной степени является свет лазерных источников и он называется когерентным или одноисточным. В некогерентном свете присутствуют частоты в достаточно-широком интервале. Близким к поляризованному является излучение диполя Герца или атомного диполя на большом расстоянии от него. Излучение диполя происходит лишь в направлении осей диполя, вдоль оси излучения отсутствует. Диаграмма направленности диполя или геометрического листа с одинаковой интенсивностью имеет вид 2-х полой поверхности. В плоскости чертежа она имеет вид.

Интенсивность света ~

Волновой фронт направленной оси Х для углов близких 90 имеет вид плоскости , поэтому на большом расстоянии волну диполя можно считать плоской. Тогда уравнение плоскости волны приобретает вид:

Важной задачей техники является получение линейно-поляризованного света. Для этого используют поляризаторы, т.е устройства для превращения естественного света в поляризованный. Поляризатор можно представить пластинку в которой каким-либо способом атомные диполи удается ориентировать вдоль одного направления. Тогда световая волна естественного света возбуждает диполи пластинки лишь в одном направлении колебания светового поля сохраняется вдоль оси диполя. Такое направление называют осью поляризатора. На практике поляризаторы выполняют из смеси йода и хеника в жидкой фазе методом протаскивания через узкую щель, тогда диполи ориентируются вдоль одного направления. Другие поляризаторы выполняются на основе 2-х дехроичных материалов, т.е поглощают свет противоположного направления коледаний по отношению оси поляризации.

Естественный свет можно разложить на 2-е ортогонально поляризованные в плоскости перпендикулярной направлению распространению скорости

Устройство служит для анализа поляризованного света называют анализатором. Он ничем ни отличается от поляризатора кроме выполнения или функцию анализа светового пучка на поляризации. Повернув ось анализатора на угол относительно оси поляризации и найдем интенсивность света за ними, если интэнсивность падающего света передается поляризатором I .

Очевидно, что интенсивность света I за поляризатором выражается формулой. (1)

Возведем выражение в квадрат и усредним по времени, тогда получим:

(2)

(3

-закон Мариуса для поляризованного света.

Закон Mариуса для естественного света дается формулой:

(4)

Наибольшее применение в технике – квантовой электротехнике и лазерной физики находят кристаллические материалы. В природе существуют кристаллы, делящиеся на 32 класса симметрии. Из них выделяют 7 кристаллографических систем или сингоний. Из них выделяют три типа кристалла по наличию оптической оси. Кристаллы высших сингтоний не имеют выделенного направления, т.е. их лучепреломляющее свойство не зависит от направления.

В кристаллах средних сингоний имеется одна оптическая ось, вдоль нее поляризация света сохраняется неизменной.

В кристаллах низших сингоний или двуосных поляризация света может сохранятся вдоль двух выделенных напраωвлениях (оптических осей).

Рассмотрим явления двойного лучепреломления в оптически одноосном положительном кристалле исландского шпата.

Ромбический кристалл исландского шпата легко выкапывается из проводного материала в виде ромбоэдра, так как элементарная ячейка брава ,имеет вид ромбоэдра. ω

В сечении чертежа, естественно, получается ромб с острым и тупым углом. Линия, проходящая через вершины тупых углов, называется оптической осью кристалла С.

Исландский шпат характеризуеωтся двумя показателями преломления: обыкновенным ( ) и необыкновенным ( ).

Для положительного кристалла > , отрицательного >

Для исландского шпата : =1,66

Рассмотрим распространение света но оптической оси кристалла. Тогда на его выходе появится 2 луча : обыкновенный, который имеет n и фазовую скорость v и необыкновенный, имеющий n и фазовую скорость волны v

Необыкновенный луч отклоняется от первоначального направления, то есть в нарушении обычного (для изотропных материалов стекла, воды) законы Спелиуса.

Кристаллы – анизотропные материалы физические свойства которых зависят от направления.

; >

; >

Поместив за кристаллом поляризатор можно наблюдать интерференцию света, если кристалл имеет различную толщину для разных участков падающего пучка.

max

min

Запишем условие максимума интерференции по прошествии кристалла в виде

Рассмотренные явления называются интерференцией света при двойном лучепреломлении.

Важный тип поляризаторов основан на двойном лучепреломлении света и явлении полного внутреннего отражения для одного из лучей.

Такие поляризаторы называют призмами Николя – (Николь).

Схема поляризатора включает две призмы, выполнены из одноосного кристалла. Направление из исландского шпата, в виде двух треугольных призм, склепных канадским бальзамом, имеющим n=1,55.

Схема поляризатора имеет вид:

Рассмотрим принцип поляризации света с использованием стопы Столетова, принцип работы которой основан на законе Брюстера:

Свет, падающий на прозрачную пластинку, под углом Брюстера, отразившись от нее становится линейно – ТЕ – поляризованным, а проходящий пучок становится частично-поляризованным.

Частично-поляризованным называется свет, у которого существуют все направления колебаний светового поля, однако вдоль одного из них имеются наибольшие колебания .