Электромагнит толқындардың поляризация түрлері

Электромагниттік толқындардың, демек, жарық толқынының да, көлденең толқындар екендігі белгілі: жарық толқыны электр және магнит өрістерінің , кернеуліктері өзара перпендикуляр, әрі жарық сәулесі бағытына ( толқындық векторға немесе толқынның u таралу жылдамдығына) перпендикуляр жазықтықта тербеліс жасайды. , және векторлары оң бұрандалық жүйе құрап тұрады. Сондықтан, егер толқынның бағыты ( ) және кернеулік векторларының ( немесе ) біреуінің бағыты белгілі болса, онда басқа кернеуліктің бағытын анықтау қиын емес. Әдетте электромагниттік толқынның электр өрісінің кернеулігі ғана қарастырылады және оны жарық векторы деп атайды.

Жарықтың поляризациясы деп осы атаудың кең мағынасында, жарық толқындарының көлденеңдігі қалайда білінетін толқындық оптика құбылыстарының жиынтығын айтады.

Поляризацияланған жарық деп жарық векторының тербелісі белгілі бір бағытта реттелген жарық толқынын айтады. Табиғи жарықта - жарық векторының тербелістері ортаның кезкелген нүктесінде барлық мүмкін болатын бағыттарда, бірін-бірі тез, әрі бейберекет алмастырып отырып, жасалады.

Толқынның электр (жарық) векторының тербелістері қалайда бір жолмен реттелген болса, онда мұндай толқын поляризацияланған деп аталады. Егер векторының тербелістері сәуле арқылы (яғни толқын шебіне нормаль арқылы) өтетін тек бір жазықтықта [( , ) жазықтығы] жасалатын болса, онда толқын жазық (немесе сызықты) поляризацияланған толқын болады. векторы тербеліс жасайтын жазықтық поляризация жазықтығы (жарық векторының тербеліс жазықтығы) деп аталады. Поляризацияның басқа түрінде векторы толқынның таралу бағытын өсь етіп айналады және сонымен қатар модулі бойынша периодты өзгереді. Осы жағдайда векторының ұшы эллипс сызады (ортаның әрбір нүктесінде). Осындай толқынды эллипстік поляризацияланған толқын деп атайды. Немесе, егер векторының ұшы шеңбер сызатын болса, онда толқын дөңгелек бойынша поляризацияланған болады.

векторының бағытына байланысты оң және сол эллипстік немесе дөңгелек поляризациялар болып бөлінеді. Егер толқынның таралу бағытына қарсы қарайтын болсақ, және векторы осы жағдайда сағат тілі бойынша бұрылатын болса, онда поляризация оң, ал бұған кері жағдайда (егер сағат тіліне қарсы бағытта) – сол поляризация деп аталады.

Эллипстік поляризация – бұл белгілі жағдайларда сызықтық және дөңгелекше поляризацияға ауысатын толқын поляризациясының ең жалпы түрі. Эллипстік поляризацияланған толқынды әрқашан поляризация жазықтықтары өзара перпендикуляр сызықты поляризацияланған өзара перпендикуляр екі толқынға жіктеуге болады. Және осы екі толқынның фазалар айырымы уақыт өткенде тұрақты болып сақталады. Осындай толқындардың когерентті толқындар деп аталатындығы белгілі. Толқындар когерентті болмаған жағдайда бұлардың фазалар айырымы уақытқа байланысты бейберекет өзгереді.

1-суреттен вертикаль тербелістерге максимум интен-сивтік, горизонталь тербелістерге - минимум интенсивтік сәйкес келетіндігі көрі-неді. Мұны поляризатор көмегімен анықтауға болады.

Ішінара поляризацияланған жарықты поляризация дәрежесімен сипаттайды, ол былай анықталады

, (1)

мұндағы І_пол - поляризацияланған құраушы интенсивтігі, - ішінара поляризацияланған жарықтың толық интенсивтігі.

Жазық поляризацияланған жарық үшін (І_пол=І₀) поляризация дәрежесі , табиғи жарық үшін (І_пол=0) Р=0. Бұл екі шеткі жағдай.

Малюс заңы

Егер қандайда бір поляризациялық аспап жазық поляризацияланған сәулені алу үшін қолданылатын болса, онда ол поляризатор деп, ал егер осы аспап поляризацияланған сәулені зерттеу (талдау) үшін пайдаланылса, - анализатор деп аталады.

Поляризаторларды зерттелетін жарықтың поляризациясының түрі мен дәрежесін анықтау үшін – анализаторлар ретінде қолдануға болады.

Поляризаторға (анализаторға) интенсивтігі І₀ жазық поляризацияланған сәуле түседі дейік; және поляризатордың (анализатордың) өткізу жазықтығы түсетін сәуленің векторының тербеліс жазықтығымен a бұрыш жасайтын болсын (2а-сурет). Түсетін жазық поляризацияланған сәуледегі электрлік тербелістердің Е₀ амплитудасын және екі құраушыға жіктейміз. Поляризатор (анализатор) арқылы бірінші тербеліс (Е_||) өтеді, ал екінші тербеліс (Е_^) өтпейді. Поляризаторға түсетін толқын интенсивтігі амплитуда квадратына пропорционал (І₀~Е₀²) болатындықтан, поляризатор арқылы өткен толқын интенсивтігі Е_||-тың квадратына пропорционал (І~Е_||²) болады, яғни

. (2)

(2) қатысы Малюс заңы деп аталады, оны 1810ж. Малюс заңынан сәулені өсь етіп поляризаторды айналдырғанда, егер түсетін сәуле жазық поляризацияланған болса, онда өткен жарықтың І₀ интенсивтігі нөлден бастап (a=90⁰) І₀-ге дейін (a=0⁰ болғанда) өзгеретіндігі көрінеді (2б-сурет). Егер поляризаторға интенсивтігі І₀ табиғи жарық түсетін болса, онда (2) өрнегіндегі a бұрыш уақыт өзгергенде бейберекет өзгеретін (әрбір 10^-8 с сайын) болады. a бұрышының барлық мәндері тең ықтималды болатындықтан, сызықты поляризацияланып өткен сәуленің интенсивтігі a бұрышының косинусы квадратының орташа мәнімен анықталатын болады: І=І₀/2, яғни бөлініп алынған жазық (сызықты) поляризацияланған сәуленің интенсивтігі түсетін табиғи сәуленің интенсивтігінен екі есе кіші болады екен. Сәулені өсь етіп поляризаторды айналдыру осы жағдайда өтетін жазық поляризацияланған сәуле интенсивтігінің өзгерісін туғызбайды (2в-сурет). Егер поляризаторға шала поляризацияланған сәуле түсетін болса, онда 2г-суреттегі көрініс алынады.