Поляризація та дисперсія світла

[pic 1]Поляризація та дисперсія світла

ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА

Природне й поляризоване світло

Явище інтерференції й дифракції спостерігається як для поперечних, так і поздовжніх хвиль. Водночас існують явища, для яких поперечність світлових хвиль має принципове значення. До таких явищ належить явище поляризації світла.

З теорії Максвелла випливає, що світло є поперечною електромагнітною хвилею — електричний і магнітний вектори у світловій хвилі коливаються перпендикулярно до напряму поширення хвилі.

Хоча світлові хвилі поперечні, але зазвичай вони не мають асиметрії відносно напряму поширення. Це пов’язано з тим, що у світлі, яке випромінюють звичайні джерела, коливання електричного вектора [pic 2] відбуваються швидко й хаотично в усіх можливих напрямах, перпендикулярних до напряму поширення хвилі. Таке світло називають природним. Умовно природне світло зображають, як на рис. 4.1, де напрям поширення хвилі перпендикулярний до площини рисунка.

Світло, в якому напрям коливання вектора [pic 3] впорядкований, називають поляризованим. Якщо коливання вектора [pic 4] відбуваються тільки в одній площині, то таке світло називають
лінійно поляризованим або плоскополяризованим. Площину, в якій коливається вектор [pic 5], називають площиною коливання вектора [pic 6] або площиною поляризації. [pic 7][pic 8]

З теорії коливань відомо, що в результаті додавання двох хвиль із взаємно перпендикулярними площинами коливання електричного вектора  

[pic 9],   [pic 10]                     (4.1)

отримаємо результуючу хвилю, в якій кінець вектора [pic 11] рухатиметься по еліпсу (рис. 4.2, промінь світла поширюється перпендикулярно до площини рисунка).

Отже, накладання двох когерентних ([pic 12]) лінійно поляризованих світлових хвиль, площини коливання яких взаємно перпендикулярні, формує еліптично поляризовану світлову хвилю. Якщо різниця фаз дорівнює нулю [pic 13] або [pic 14], то еліпс перетворюється на пряму лінію й світло стає лінійно поляризованим (плоскополяризованим), при цьому лінія коливання вектора [pic 15] і напрям поширення хвилі утворюють площину коливання (поляризації). За умови однакових амплітуд [pic 16] і різниці фаз [pic 17] еліпс перетворюється в коло, тобто маємо світло, поляризоване за колом.[pic 18]

Залежно від напряму обертання вектора [pic 19] розрізнюють праву й ліву еліптичну та колову поляризацію. В оптиці прийнято, якщо дивитись назустріч хвилі, що поширюється, і вектор [pic 20] при цьому обертається за годинниковою стрілкою, то поляризацію називають правою, якщо навпаки, проти годинникової стрілки, — лівою.

Отже, хвилю з еліптичною або коловою поляризацією завжди можна розкласти (або уявити) на дві взаємно перпендикулярні лінійно поляризовані хвилі із взаємно перпендикулярними площинами коливання вектора [pic 21]. При цьому різниця фаз цих двох хвиль залишається сталою в часі ([pic 22]). Такі хвилі називають когерентними на відміну від некогерентних, у яких різниця фаз хаотично змінюється з часом.

Результуючий вектор [pic 23] (рис. 4.2) є векторною сумою напруженостей [pic 24] і [pic 25]. Кут [pic 26] між векторами [pic 27] і [pic 28] дорівнює

[pic 29].                             (4.2)

Нехай різниця фаз стала [pic 30] і при цьому δ = 0 або δ = π, тоді кут φ також сталий: [pic 31] Отже, результуюче коливання відбувається у фіксованому напрямі — хвиля лінійно поляризована. Якщо [pic 32] то вектор [pic 33] обертаючись з частотою [pic 34] навколо початку координат, змінюється за розмірами з певною закономірністю. Взаємне положення векторів [pic 35] також змінюється закономірно. Якщо ж різниця фаз [pic 36] змінюється хаотично, то й кут [pic 37], і напрям вектора [pic 38] змінюватимуться хаотично, тобто взаємне положення векторів [pic 39], [pic 40] і [pic 41] буде довільним. У цьому зв’язку природне світло можна уявити як накладання двох некогерентних хвиль, поляризованих у взаємно перпендикулярних площинах, які мають однакову інтенсивність ([pic 42]). В оптиці природне світло умовно зображають так, як це показано на рис. 4.3.