ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
«363
Йазывается плоско или линейно поляризованным. Плоскость, перпендикулярная электрич. вектору, называется плоскостью поляризации.
- Виды П с. Состояние сгетового вектора всегда можно
- представить двумя взаимно перпендикулярными слагающими хиув плоскости волны, представленными в виде интеграла Фурье: оо
х == J* A sin (a>t + р) de» О
оо
S.
В sin (cot 4 — q) da) О
Здесь А и В, p и q — нек-рые функции от а>, не зависящие друг от друга и от времени t. Исключая t из каждой пары монохроматич. компонент (1), получим для этой пары уравнение эллипса:
у=
ну ~ ла ть cos (Р ~ в) = sin2 (Р ~ «)• (2) а + н* Это значит, что для идеального монохроматического света (см.) вектор Описывает своим концом (в общем случае) эллипс в плоскости волны с угловой скоростью со.
Црир — q=0 или р-д=Ь эллипс вырождается в прямую. При p-q=±(2fe + l) y и при условии А — В эллипс принимает вид круга с вращением вектора вправо или влево. Соответственно этому различают 3 вида предельной Ц. с.: прямолинейную, круговую и эллиптическую (с вращением вправо или влево). Из уравнения (2) видно, что форма эллипса и его расположение не будут зависеть от со, если от последней не зависит разность А фаз р — q и отношение амплитуд В этом случае уравне£> ние (2) представляет собой совокупность эллипсов различных размеров, но одинакового расположения и формы.
При выполнении таких условий немонохроматич. излучение может быть также вполне поляризованным. В большинстве естественных излучателей, однако, р — q и . о являются чрезвычайно сложными статистическими функциями со, хаотически меняющимися даже при ничтожных изменениях со соответственно хаотическому беспорядку элементарных актов излучения. Конец суммарного электрич. вектора совершает в плоскости волны как бы броуновское движение, математически эквивалентное наложению всевозможных эллипсов, кругов и прямых.
В предельном случае все направления в плоскости волны в среднем равноправны, векторность практически исчезает, и луч обращается в неполяризованный, естественный. Между двумя крайними видами — вполне поляризованного и естественного света — располагаются лучи, частично Поляризованные, к-рые можно рассматривать как результат примеси того или иного вида поляризованного света к естественному. Следует различать свет, частично линейно поляризованный, свет, частично эллиптически поляризованный, и свет, частично поляризованный по кругу.
Для полной характеристики состояния поляризации светового пучка требуется знание 5 величин: интенсивностей естественного и подмешанного эллиптически поляризованного света, азимута осей эллипса и его эксцентриситета и направления вращения. Линейно поляризованный свет вполне определяется только указанием плоскости поляризации, т. е. плоскости, перпендикулярной к световому (электрическому) вектору. Для характеристики луча, поляризованного по кругу, достаточно указать направление вращения. Для эллиптически поляризованного луча необходимо определить азимут осей, эксцентриситет и направление вращения. Практически (причем иногда без достаточных оснований) для характеристики частично поляризованного света ограничиваются обыкновенно измерением отношения интенсивностей компонент х и у или дефекта поляризации: (3) где х — слабая, у — сильная компонента, откуда вычисляется степень поляризации:
выражаемая в %. Разложение светового вектора на две взаимно-перпендикулярных компоненты х и у автоматически осуществляется в явлении двойного лучепреломления; математически к нему приходится прибегать при решении большинства поляризационных задач. В случае такого разложения естественного света компоненты х и у некогерентны, т. е. не могут интерферировать (см. Интерференция) при сведении в одну плоскость (опыт Араго — Френеля). В случае поляризованного света х и у когерентны, т. к. разности фаз p — q не меняются хаотически с изменением частоты, а может иметь место только анали 364
тическая зависимость p — q от со, обусловленная дисперсией (см. ниже о хроматической П. с.); при сведении в одну плоскость компоненты интерферируют. Для частично поляризованного света когерентность компонент х и у также частичка.
Закон Малюса. Компоненты х и у линейно поляризованного света, плоскость колебания которого образует угол а с осью X, равны соответственно A cos а и A sin а и интенсивности х2 = А2 COS2 а, y2 = A2sin2 a (5) (закон Малюса). Для естественного луча угол а не может иметь определенного значения, и Формулы (5) и (6) служат основой различных применений поляризации для фотометрии. При двойном лучепреломлении в кристаллах (5) и (6) не выполняются вполне точно вследствие неодинакового отражения компонент х и у на поверхности кристалла. Для исландского шпата при нормальном падении естественного света, по Вильду, х2 = 0, 9725, для кварца — весьма мало отличается от 1.
V2 В случае эллиптически поляризованного света средние значения энергии компонент равны: А2 .
В2 А Х2 = — Sin2 а + — COS2 а (7) А2 В2 .
4 ' у2 = — COS2 а + — Sin2 а
В самом общем случае частично поляризованного света средняя энергия компонент выразится той же формулой (7) с измененными значениями амплитуд А и В.
Возникновение II. с. Свет может поляризоваться 1) при излучении, 2) при распространении в веществе. Свет обычных температурных (цечерных) излучателей частично поляризован, напр. вольфрамовая проволока в направлении, перпендикулярном к оси, излучает свет, поляризованный на 20%. Свет люминесцирующих источников также во многих случаях частично поляризован. При возбуждении резонансного излучения и флуоресценции (см. Люминесценция) в парах, жидкостях и твердых телах вторичное излучение вообще поляризовано, причем степень поляризации может достигать 100% (резонансное излучение ртути). Катодо-люминесценция в газах при нек-рых условиях также частично поляризована. В сильных магнитных и электрич. полях при расщеплений спектральных линий (см. Магнитооптика и Электрооптика) компоненты расщепления вполне поляризованы (линейно и по кругу). С другой стороны, естественный свет поляризуется частично или полностью при распространении в веществе, при диффракции, отражении, преломлении, двойном преломлении и рассеянии (см. Отражение света, Двойное лучепреломление и Рассеяние света). Поляризованный свет при распространении в веществе может менять характер поляризации, плоскость поляризации может повертываться (при отражении и в оптических активных телах) (см. Вращение плоскости поляризации), линейно поляризованный свет превращается в эллиптически поляризованный при полном внутреннем и металлич. отражении. Деполяризовать свет, превратить вполне поляризованный луч в квазиестественный возможно пропусканием его через мутную среду, напр. через молочное стекло. Относительно методов получения вполне поляризованного света см. Поляризационные приборы.
Хроматическая П. с. Если поляризованный свет с направлением колебаний РР (рис. 2) проходит через двоякопреломляющую кристаллич пластинку, разлагающую свет на два луча с колебаниями в направлениях HiHi и Н2Н2, и затем пропускается через прибор, выделяющий световые колебания только в одной плоскости (анализатор, например призма Николя), то наблюдаются различные интерференционные явления, имеющие большое применение при анализе П. с. Вследствие того, что оба луча с колебаниями Н1Н1 и Н2Яг имеют разные
