Методы получения поляризованного света

Выделение направления световой волны, колеблющейся вдоль некоторого выбранного направления, например, вдоль оси Y, осуществляется с помощью поляризаторов, принцип действия которых основывается на различных физических эффектах. Наиболее распространены поляроидные плёнки, в которых свет с определенным направлением плоскости колебаний вектора проходит через пленку практически без поглощения, тогда как компонента светового поля, колеблющаяся в перпендикулярной плоскости, поглощается полностью. Это явление носит название дихроизм. В результате свет, прошедший через поляризатор, становится линейно поляризованным, а плоскость, в направлении которой колеблется вектор , определяет оптическую плоскость поляризатора. Явление дихроизма используется в так называемых поляроидных поляризаторах или поляроидах. Помимо этого для получения поляризованного света могут быть использованы и другие эффекты:

- Поляризация при отражении света от поверхности диэлектрика. В результате отраженный луч будет частично поляризован, а при определенном угле падения, называемом углом Брюстера, – линейно поляризованным со световой плоскостью, перпендикулярной плоскости падения света. Подобные поляризаторы, называемые «окнами Брюстера», используются в газовых лазерах. Преломленный луч света также будет частично поляризованным, но с малой степенью поляризации. Для увеличения степени поляризации луч света пропускают через стопу пластин, направляя его под углом Брюстера к плоскости пластин [1 – 3].

- Двойное лучепреломление. Оптическая анизотропия

При прохождении света через одноосные оптические кристаллы наблюдается эффект раздвоения луча на два линейно поляризованных пучка с взаимно перпендикулярной ориентацией световых плоскостей. Это явление носит название двойного лучепреломления. При наблюдении через такой кристалл какого-либо предмета мы получаем два смещенных друг относительно друга его изображения. Такое явление наблюдается в кристалле исландского шпата. Если направить по нормали на плоскопараллельную пластину, выполненную из одноосного кристалла, естественный луч света, то один из лучей будет распространяться в том же направлении (рис. 3) в соответствии с законами преломления света. В силу этого он называется обыкновенным лучом и на рисунке обозначается буквой «о». Световая плоскость полученного линейно поляризованного обыкновенного луча перпендикулярна плоскости, образованной направлением падения луча и оптической осью ОО кристалла.

Второй луч, называемый необыкновенным «е», отклоняется от нормали в нарушение законов преломления. Его световая плоскость совпадает с плоскостью чертежа (рис. 3). В результате два луча (обыкновенный и необыкновенный) оказываются линейно поляризованными с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

Рис. 3

На рисунке 3 точками и стрелками обозначены направления колебаний вектора в обыкновенном и необыкновенном лучах (на пластину падает неполяризованный свет). Данный эффект может наблюдаться с помощью анализатора, вращаемого вокруг своей оси.

- Интерференция поляризованных лучей, Если поместить между двумя поляризаторами пластинку из одноосного кристалла с оптической осью, параллельной плоскости кристалла, то на пластинку будет падать плоскополяризованный свет, а из пластинки в общем случае выходит эллиптически поляризованный свет. При выходе из второго поляризатора (называемого анализатором) свет снова будет плоскополяризованным. Его интенсивность зависит от взаимной ориентации световых плоскостей поляризатора, анализатора и оптической оси пластинки, а также от разности фаз приобретаемым обыкновенным и необыкновенным лучами при прохождении через пластинку.

, (1)

где n _c – n _o – разность коэффициентов преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, зависящая от длинны волны света λ₀ в вакууме,

h – толщина пластинки.

Из сказанного выше следует, что при вращении световой плоскости анализатора вокруг оптической оси. Если за анализатором установить экран, то при этом его окраска будет изменяться.

Если между поляризатором и анализатором одноосная пластина различной толщины, то на экране различные участки будут окрашены в различные цвета. При вращении анализатора эти цвета будут меняться.

Закон Малюса

Определим зависимость интенсивности I прошедшего через анализатор света от угла, a между оптической плоскостью анализатора и световой плоскостью падающего на него линейно поляризованного света интенсивностью I ₀. Очевидно, анализатор пропускает только компоненты вектора , совпадающие с оптической плоскостью анализатора, см. рис. 4:

= × cos a.

Так как интенсивность света I пропорциональна квадрату амплитуды колебания, отсюда следует соотношение:

I = I ₀ cos ²a,

известное, как закон Малюса (рис. 4), где: – плоскость анализатора, – направление колебания светового вектора в падающей волне.

Если для получения из естественного света линейно поляризованного используется поляризатор, то угол a можно измерять, как угол между оптическими плоскостями поляризатора и анализатора. В этом случае под I ₀ понимают интенсивность света, прошедшего через поляризатор, и тогда закон Малюса формулируется следующим образом:

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAlDExecQA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQYvCMBSE7wv+h/CEvYimuotoNYoICx4WF6vi9dk8 22LzUppo6783grDHYWa+YebL1pTiTrUrLCsYDiIQxKnVBWcKDvuf/gSE88gaS8uk4EEOlovOxxxj bRve0T3xmQgQdjEqyL2vYildmpNBN7AVcfAutjbog6wzqWtsAtyUchRFY2mw4LCQY0XrnNJrcjOB sh8109Nf75xs19PMtb80OV5Jqc9uu5qB8NT6//C7vdEKvobf8DoTjoBcPAEAAP//AwBQSwECLQAU AAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnht bFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8ucmVs c1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hhcGV4 bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAJQxMXnEAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRycy9k b3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACJAwAAAAA= " strokeweight="1pt"/>

X   a     Рис. 4

Из закона Малюса следует, что при скрещенных (то есть расположенных под углом a = 90°) поляризаторе и анализаторе интенсивность прошедшего луча будет равна нулю. Максимальная интенсивность I будет наблюдаться в случае совпадения оптических плоскостей анализатора и поляризатора (a = 0°).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: