Поляризация света

В плоско поляризованном свете Е-вектор колеблется в плоскости, перпендикулярной направлению распространения (обычно это изображается в направлении оси z, рис.1):

Рис.1 Поперечная электромагнитная волна

Плоско поляризованный свет

Теоретически, плоско поляризованный свет эквивалентен сумме векторов двух компонентов поля EL и ER, которые вращаются в противоположных направлениях (см. рис. 2): мы относим их к эллиптически или поляризованному по кругу свету.

Рис. 2. Плоско поляризованный свет может быть представлен в виде наложения двух лучей света с круговой поляризацией, у которых Е вектора направлены в противоположные стороны

Это без труда подтверждается экспериментом. Термин «интерференция» относится к поляризационным свойствам когерентного света: два луча плоско поляризованного света со взаимно перпендикулярными Е-векторами одинаковой амплитуды и фазы образуют плоско поляризованный свет с Е-вектором, наклоненным под углом 45° к вертикали (рис. 3). Относительная фаза смещена на $π$, а плоскость поляризации соответственно наклонена на -45°.

Рис. 3. а — сложение векторов двух волн света с одинаковой фазой, длиной волны и амплитудой, но с перпендикулярными плоскостями поляризации; б — результат сложения — волна плоско поляризованного света, где плоскость поляризации наклонена на 45°

Свет с круговой поляризацией

Если один из лучей смещен по фазе относительно другого на $π$/2 = 90°, то их сочетание даст свет с круговой поляризацией.

Направление вращения зависит от того, какой из лучей задержан относительно другого (см. рис. 4).

Рис. 4. а — сложение векторов двух световых волн с одинаковой длиной волны и амплитудой, но с перпендикулярными плоскостями поляризации. Интерферирующие волны сдвинуты на 90° относительно друг друга; б — результат: световая волна с круговой поляризацией

При этом распространение световой волны не будет спиральным, она распространяется по прямой без вращения. Линия, где спираль пересекает пространственно фиксированную плоскость, перпендикулярную направлению распространения, вращается по кругу против направления поляризации (с вращающейся спиралью пересечение представляло бы фиксированную линию на плоскости).

Световую волну принято считать правополяризованной, если наблюдатель, по отношению к которому она движется, видит ее вращающейся вправо, т.е. по часовой стрелке.

Если взаимодействуют две волны с одинаковыми фазами, но с разными амплитудами, то плоско поляризованная волна образуется в плоскости, где Е-вектор в определенной степени наклонен (см. рис. 5).

Рис. 5. а — сложение векторов двух световых волн с одинаковыми фазой и длиной волны, но с разными амплитудами; б — результат сложения — волна плоско поляризованного света, где плоскость поляризации наклонена на ≠45° к вертикали

Эллиптически поляризованный свет

Сдвиг в относительной фазе приводит к световой волне с эллиптически вращающимся Е вектором (см. рис. 6).

Рис. 6. а — сложение векторов двух волн света с одинаковой длиной волны, но с разными амплитудами, плоскости поляризации которых перпендикулярны друг другу; б — результат сложения — эллиптически поляризованная световая волна

Эллиптически поляризованный свет характеризуется длинной и короткой осями эллипса, пространственным наклонением и направлением вращения Е-вектора.

Реализация поляризации света на практике
На практике сдвиг фаз реализуется с помощью двоякопреломляющего кварцевого кристалла. Если световой луч падает на плоскопараллельную кварцевую пластину, то, в соответствии с ее поляризационными свойствами, он будет расщеплен на обычный (о) и необычный (е) лучи. Оба луча будут распространяться в кристалле с различной скоростью v = с/n, так как кварц обладает по отношению к этим лучам различными показателями преломления. При выходе из кристалла, толщина которого составляет d, у них будет смещение фазы $\Delta Ф$ относительно друг друга:

$\Delta Ф=\Delta {{Ф}_{e}}-\Delta {{Ф}_{o}}=\frac{2\pi d}{\lambda }({{n}_{e}}+{{n}_{o}})$

Изменяя толщину кристалла d, можно получить любое смещение фазы для каждой длины волны λ. Технический интерес представляют определенные смещения фазы. Так, при $\Delta Ф = π/2$ (пластина четверти волны) плоскополяризованный свет преобразуется в поляризованный по кругу свет, а при $\Delta Ф = π$ (пластина полуволны) получается простое вращение плоскости плоско поляризованного света. Однако вследствие того, что такие пластины чрезвычайно тонки, на практике обычно используются пластины толщиной от 10 до 50 мкм. В них помещается кратное, например четверти волны, число длин волн: $10 \cdot λ/4$, а не $λ/4$. Такие пластины называются пластинами многократного порядка (МП). Однако, так как они очень чувствительны к изменениям длины волны и температуры, обычно используются так называемые пластины нулевого порядка (ПП). Они состоят из двух скрещенных МП, например на $10 λ$ и $10 \cdot λ/4$, и обеспечивают смещение фазы на $π/4$.

Вам нужно срочно заказать статью по физике для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!

Тест по теме «Поляризация света»