Пока мы спим, едим, работаем и отдыхаем, нас окружают электромагнитные волны. Они проявляются в виде света, звука и даже интернета – Wi-Fi работает на электромагнитных волнах. Как минимум поэтому стоит их изучать, и сегодня мы рассмотрим явление под названием вращение плоскости поляризации.
Поляризованные волны и их плоскости
Электромагнитные волны – поперечные. Такую волну легко представить, если взять в обе руки концы веревки, а потом один конец быстро двигать вверх-вниз. Веревка начнет периодично колебаться и своим видом напомнит синусоиду. Если при этом строго следить за тем, чтоб рука ходила вверх-вниз в одной плоскости, то и веревка тоже будет колебаться именно в ней. Это сложно, но именно так своими руками можно создать линейно поляризованную волну.
Итак, линейно поляризованной называется та волна, которая колеблется строго в одной плоскости.
И по сути любую волну можно представить как суперпозицию двух поляризованных волн – проще всего взять перпендикулярные друг другу. Для этого ее движения нужно разложить по двум осям.
Это та плоскость, в которой колеблется поляризованная волна.
Та самая, в которой двигалась рука с веревкой. Для дальнейшего рассказа пример с веревкой не подойдет, потому что, в отличие от электромагнитных волн, она не проходит через различные среды, а если и проходит – не преломляется. Словом, о материальных объектах здесь больше говорить не получится.
Волны вращаются?
Как мы уже знаем, свет, звук и прочие электромагнитные волны преломляются при переходе в анизотропную среду. Анизотропную – значит, с другой плотностью или каким-то другим показателем, который влияет на преломление. Также в школе мы изучали законы, по которым и происходит преломление. Согласно этим законам, волна, направленная перпендикулярно среде, в которую она переходит, не преломляется. Это логично, но, как выяснилось, помимо преломления, волна вращается.
Так же как циркулярная (движущаяся в нескольких плоскостях спиралью) волна может быть представлена двумя поляризованными, так и наоборот, поляризованная волна может быть представлена суммой двух циркулярных волн – с условием, что эти волны имеют одинаковое направление и амплитуду. И эти волны при переходе в другую среду могут распространяться с разной скоростью, т.е. фаза одной может отставать от другой. Нарушается условие суперпозиции, и сумма этих волн уже не представляет собой поляризованную волну. Так, по крайней мере, кажется. Но если взять разность фаз и повернуть плоскость поляризации на угол, ей равный, то выяснится, что волна сохранила свои свойства – просто повернулась на этот угол.
Вращение плоскости поляризации происходит при переходе в некоторые (не все!) среды. Такие среды называются циркулярно-анизотропными, или оптически активными. Для каждого оптически активного вещества существует вычисленный угол поворота волны на единицу длины. К циркулярно-анизотропным веществам относятся, например, кристаллы кварца. Оптически активные среды используются, в частности, для производства лазера, потому что лазер – это поляризованная волна.
С циркулярно-анизотропными средами связано явление двойного лучепреломления – когда волна, проходя через среду, распадается на две.
Заказать статью по физике у экспертов биржи Студворк!
Комментарии