Теоретическая часть. Свет представляет собой поперечную электромагнитную волну

Свет представляет собой поперечную электромагнитную волну. В однородных средах вектора напряженностей электрического поля Е и магнитного поля Н колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.2). Электромагнитное излучение, в котором направление электрического поля Е остается неизменным, называется линейно или плоско поляризованным излучением, а плоскость, проведенная через направление вектора Е, (его называют световым вектором) и направление распространения колебаний называется плоскостью поляризации.

В излучении естественного источника направление электрического поля хаотически меняется, оставаясь, однако, перпендикулярным направлению распространения волны. Такое излучение называется неполяризованным.

Рис.4

Большинство источников испускает некогерентный неполяризованный свет. Неполяризованный свет можно поляризовать с помощью поляризационных приборов. Такие приборы называются поляризаторами.

Обычный свет образован излучением большого числа молекул и атомов, излучающих независимо друг от друга. Световой вектор волны является результатом суперпозиции электрических полей цугов, испускаемых всеми атомами источника. Каждый атом во время акта излучения испускает цуг волн, плоско поляризованный в определенной плоскости, и, из-за очень большого количества излучающих атомов, направление вектора Е, хотя и остается перпендикулярным оси z, меняется беспорядочно. Свет, в котором из-за хаотического изменения направления вектора Е все направления светового вектора равновероятны называется неполяризованным или естественным. Наиболее близок к естественному прямой солнечный свет.

Пусть пучок света монохроматический с угловой частотой w. Так как напряженность электрического поля в электромагнитной волне меняется гармонически, то ее составляющие вдоль осей x и y можно представить в виде

E _x = E _xocos(w t), E _y = E _yocos(w t +j). (1)

Здесь E _xo и E _yo – амплитуды колебаний x -ой и y -ой компонент, а j – разность фаз между ними. j всегда можно выбрать так, чтобы его модуль не превышал p. Вообще говоря, уравнения (1) описывают эллипс. Этот эллипс конец светового вектора проходит за один период колебаний. Если 0 < j < p, вращение происходит по часовой стрелке, и такой свет называется право эллиптически или положительно поляризованным. Если -p< j < 0, то световой вектор вращается против часовой стрелки. Такой свет называется лево эллиптически или отрицательно поляризованным.

Эллипс может выродиться в отрезок прямой линии, если j = 0 или ±p, такой свет является линейно поляризованным. Если E _xo = E _yo и j = ±p/2, эллипс превращается в окружность. Такая волна называется циркулярно поляризованной или поляризованной по кругу. Если j = p/2, свет право циркулярно поляризован, если j = -p/2, – лево циркулярно поляризован.

Немонохроматический свет не может быть положительно или отрицательно поляризован, так как содержит компоненты, колеблющиеся с разными частотами, но может быть плоско поляризован. Немонохроматический свет, не являющийся ни естественным, ни линейно поляризованным, называется частично поляризованным.

Для произвольных декартовых осей x и y, перпендикулярных направлению распространения волны, любую световую волну можно представить как результат наложения двух фракций, одна из которых линейно поляризована параллельно оси x, а другая – параллельно оси y.

Естественный свет частично поляризуется при отражении, преломлении и даже при рассеянии в атмосфере. Например, если свет падает на границу раздела двух прозрачных сред под таким углом, что отраженный и преломленный луч перпендикулярны, отраженный луч будет линейно поляризован перпендикулярно плоскости падения (закон Брюстера).

Свет с линейной поляризацией создают лазеры – источники оптического излучения, в рабочей зоне которого созданы специальные условия для того, чтобы атомы среды излучали согласованно. Из естественного света можно получить поляризованный свет, используя различные оптические явления