Виды поляризации. Способы получения поляризованного света.

Свет представляет собой электромагнитные волны в видимом диапазоне длин волн λ= 0,38 - 0,76 мкм, распространяющиеся от источника света в различных направлениях по прямым – лучам.Электромагнитной волной является распространяющееся с конечной скоростью в пространстве электромагнитное поле, представляющее собой совокупность взаимосвязанных электрического Е и магнитного Н полей, взаимно перпендикулярных между собой и скоростью распространения u (рис. 1). Взаимная перпендикулярность векторов Е, Н и u означает поперечность электромагнитной волны.

Рис. 1

Задание направления распространения волны и одного из векторов напряженности, например, Е, однозначно определяет направление другого (Н). Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован относительно u.

Процесс поляризации состоит в том, что колебания вектора Е ( и Н) принимают упорядоченный характер – они происходят в неизменных плоскостях. В силу того, что различные виды воздействия света на вещество (физиологическое, химическое и др.) обусловлено главным образом колебаниями электрического вектора Е, все рассуждения при рассмотрении поляризации ведут относительно вектора Е. Эксперименты подтвердили, что на сетчатку глаза или эмульсию фотопленки действует именно электрическое поле Е волны.

Свет, в котором направления колебания светового вектора Е каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Различают следующие виды поляризации света:

В поляризованном свете такой симметрии нет. Поляризованным называется свет в котором направление колебаний упорядочено каким-либо образом.

Линейно поляризованным или плоскополяризованным называется свет, в котором вектор Е имеет одно единственное направление колебаний (рис. 2). Плоскость, проходящуючерез векторЕи направление распространения волны называют плоскостью поляризации (по старой терминологии- плоскостью колебаний).

Если по мере распространения света направление колебаний вектора Еповорачивается так, что конец вектора Е описывает эллипс, то такой свет называется эллиптически поляризованным (рис. 3). В частном случае, когда конец вектора Е описывает окружность, свет называется поляризованным по кругу.

1) линейная (плоская) – когда колебания светового вектора Е происходят в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной к лучу. Плоскость колебаний вектора Е называется плоскостью  поляризациисвета;

2) круговая (циркулярная) поляризация – когда конец светового вектора Е описывает окружность в плоскости, перпендикулярной к лучу;

3) эллиптическая– когда конец светового вектора Е описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной к лучу.

В общем случае проекционная картина полностью поляризованного света на плоскость, перпендикулярную лучу, имеет вид эллипса с правым или левым направлением вращения вектора Е во времени (соответственно по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу лучу). Линейная и круговая поляризации являются предельными случаями, когда эллипс поляризации вырождается соответственно в прямую линию или в окружность.

Естественные источники света испускают неполяризованный, или естественный, свет. Направление колебаний светового вектора Ев естественном свете быстро и совершенно хаотически меняется с течением времени, хотя все время остается перпендикулярным к лучу. Это связано с тем, что любой естественный источник света состоит из огромного числа элементарных излучателей – атомов и молекул, акты испускания света каждым из них кратковременны, случайны и хаотичны. И хотя любой из элементарных излучателей в каждом акте излучения испускает поляризованный свет, в общем излучении источника света ориентация светового вектора Е хаотична.

Свет может быть частично поляризованным – когда он имеет предпочтительное направление колебаний светового вектора Е. Большинство искусственных источников света дают частично поляризованный свет. Например, вольфрамовая нить электролампы излучает свет, поляризованный на 15-20 %, ртутная лампа – на 5-8 %, люминесцентные лампы излучают сильно поляризованный свет. Глаз человека не отличает поляризованный свет от неполяризованного.

Поляризация естественного света может происходить при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред, при рассеянии света, при прохождении через анизотропную среду. Анизотропной называется среда, физические свойства которой различны в разных направлениях. Естественную анизотропию имеют все прозрачные для света кристаллы с любой кристаллической структурой, кроме кубической.

Для получения поляризованного света используют различные способы: отражение и преломление света на поверхности диэлектрика, прохождение света через поляризатор.

Линейно поляризованный свет можно также получить, пропустив естественный свет через поляроид, который пропускает колебания электрического вектора только одного направления. Поляроиды представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки, служащие для получения поляризованного света. Наиболее распространенным материалом для приготовления поляроидов является герапатит, представляющий собой соединение йода с хинином. Этот материал вводят в целлулоидную или желатиновую пленку. В ней кристаллы герапатита каким-либо способом (обычно механически) ориентируются своими осями в одном и том же направлении. Полученное вещество поглощает световые колебания одного из двух взаимно перпендикулярных направлений. Существуют и другие способы получения поляризованного света (например, используя явление двойного лучепреломления, рассеяния света).

Всякий прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором. Таким образом некоторые кристаллы или поляроиды могут служить и поляризаторами и анализаторами.