Поляризація світла

ВСТУП.

Навколишній світ за своєю природою є матеріальним. Фізика – це наука, яка вивчає найзагальніші форми руху матерії ( механічні, теплові, електромагнітні та інші) та їх взаємні перетворення. Матерія може існувати в двох формах: у вигляді речовини та поля. До першої форми матерії належать, наприклад, електрони, протони, атоми, молекули та всі речовини, з яких вони побудовані. До другої – електромагнітні, гравітаційні поля. Різні види матерії можуть переходити одна в одну. Наприклад, електрон і позітрон при взаємодії перетворюються в електромагнітне випромінювання у вигляді фотонів. Можливий і зворотний процес.

Більшість фактичних відомостей про природу і навколишні явища людина отримала за допомогою зорового сприйняття, створеного світлом. Розділ фізики, в якому вивчають світлові явища, називається оптика. Історія розвитку оптики підтверджує одне з основних положень діалектики – закон єдності та боротьби протилежностей.

Світло за своєю природою – явище електромагнітне, але воно одночасно проявляє хвильові ( в явищах інтерференції, дифракції, поляризації, дисперсії) і квантові властивості (в явищах фотоефекту, люмінесценції і т.і.). Із зменшенням довжини хвилі (збільшенням частоти) дедалі чіткіше проявляються квантові властивості світла.

З точки зору сучасних теорій неправильно було б протиставляти хвильові та квантові властивості світла. Навпаки, їх можна порівнювати і поєднувати на основі теорії відносності та сучасних положень квантової фізики. З позицій сучасної фізики немає розбіжностей між квантовими і хвильовими уявленнями про світло – це різні властивості одного явища, і в цьому полягає діалектична єдність матерії.

Явища, в яких світло найбільше виявляє свої хвильові властивості, розглядає хвильова оптика.

1. Природне та поляризоване світло.

Відомо, що світлі хвилі поперечні: вектори напруженостей електричного Е та магнітного H полів взаємно перпендикулярні і коливаються в площині, яка перпендикулярна до вектора швидкості Ư поширення хвилі (тобто до напрямку поширення хвилі). Для описання стану поляризації світлового пучка необхідно мати уявлення про поведінку лише одного з векторів. Говорячи про напрямок світлових коливань, матимемо на увазі напрямок коливань світлового вектора – вектора напруженості Е електричного поля (ця назва обумовлена тим, що при дії світла на речовину основне значення має електрична складова хвилі, яка діє на електрони в атомах речовини). Площина, в якій відбуваються коливання вектора Е, називається площиною поляризації.

Звичайні джерела світла є сукупністю дуже великої кількості швидко висвітлюючи (за 10-7...10-8 с) елементарних джерел (атомів або молекул), які випромінюють світло незалежно один від одного, з різними фазами та орієнтацією векторів Е і H, внаслідок чого в результуючій хвилі орієнтація векторів Е і H хаотично змінюється з часом. Тому в площині, перпендикулярній до напрямку поширення світла, всі напрямки Е є рівно імовірними (рис.17,а). Світло з найрізноманітнішими рівно імовірними орієнтаціями вектора Е називається природним або неполяризованим.

Світло, в якому напрямки коливань якимсь чином впорядковані, називається поляризованим.

Поляризація світла – це така його властивість, яка характеризується просторово-часовою впорядкованістю орієнтації векторів напруженостей електричного та магнітного полів. Під терміном “поляризація світла” розуміють також процес отримання поляризованого світла.

Світло, в якому вектор Е коливається в певній площині, називається плоскополяризованим або лінійно поляризованим(рис.17,б).

Найбільш загальним типом поляризації є еліптична поляризація. В еліптично поляризованій світловій хвилі кінець вектора Е (в певній точці простору) описує деякий еліпс. Лінійно поляризоване світло можна розглядати як один з випадків еліптично поляризованого світла, коли еліпс перетворюється у відрізок прямої лінії., другим випадком є поляризація по колу, коли еліпс перетворюється на коло.

Природне світло можна перетворити в плоскополяризоване за допомогою поляризаторів, пристроїв, які пропускають коливання тільки визначеного напрямку (наприклад, пропускають коливання , паралельні площині поляризатора, і повністю затримують коливання, перпендикулярні до цієї площини). Як поляризатор можна використовувати середовища, анізотропні по відношенню до коливань вектора Е, наприклад, кристал турмаліну.