Естественный и поляризованный свет.

Свет представляет собой сложное явление (как иногда говорят, имеет двойственную природу) – в одних случаях он проявляет себя как волновой процесс, в других – как поток световых частиц – фотонов.

Другими словами, свет – это электромагнитные волны, обладающие некоторыми свойствами частиц.

Распространение света в пространстве при таких, например, явлениях, как интерференция, дифракция, поляризация, правильно описываются классической теорией электромагнетизма.

При испускании, поглощении, рассеянии света в первую очередь проявляются корпускулярные свойства фотонов. Если волновая и корпускулярная гипотезы противоречат одна другой, то волновая и квантовая теории света не отвергают, а дополняют друг друга.

В настоящее время показано, что такую двойственную природу имеют все элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны), из которых состоит вещество.

Свет, излучаемый отдельным атомом, представляет собой электромагнитную волну: совокупность двух поперечных взаимно перпендикулярных колебаний вектора напряженности электрического поля и колебаний вектора магнитной индукции магнитного поля, распространяющихся вдоль общей прямой – направлением вектора скорости светового луча (рис. 1).

Здесь – длина электромагнитной волны светового луча. Оба вектора и колеблются в одинаковой фазе. Вектор скорости распространения

электромагнитной волны всегда перпендикулярен векторам и :

Электромагнитные волны, излучаемые светящимися телами, являются результирующими тех отдельных волн, которые испускаются его атомами. Вследствие того, что атомы беспрерывно изменяют свою пространственную ориентацию, изменяется с большой частотой и направление колебания вектора (а значит, и ) результирующей световой волны.

В дальнейшем, при рассмотрении явления поляризации света все рассуждения будут идти относительно вектора напряженности , но при этом следует помнить об обязательном существовании перпендикулярного ему вектора , т.к. электромагнитная волна, в которой колеблется лишь один из этих векторов, невозможна.

Представим, что свет распространяется от источника в направлении к читателю. Тогда мгновенная "фотография" расположения элементарных векторов от каждого излучающего атома будет подобна схеме, изображенной на рис. 2а.

Равномерное расположение векторов обусловлено большим числом атомарных излучателей. Такой свет называется естественным, или неполяризованным. Векторы имеют различные ориентации плоскости колебаний, причем все ориентации равновероятны.

Если под влиянием внешних воздействий или внутренних особенностей источника света появляется предпочтительное, наиболее вероятное направление колебаний, то такой свет называется частично поляризованным (рис. 2б).

С помощью специальных устройств из пучка естественного света можно выделить луч, в котором колебания вектора будут происходить в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной лучу (рис. 2в). Такой луч называется плоскополяризованным или линейнополяризованным. Очевидно, что свет, излучаемый отдельным атомом, является полностью поляризованным (во всяком случае, в течение всего периода излучения этого атома).

Плоскость, в которой происходят колебания вектора напряженности электрического поля, называется плоскостью колебаний.

Плоскость, в которой колеблется вектор индукции магнитного поля , называется плоскостью поляризации. Следовательно, плоскость колебаний перпендикулярна плоскости поляризации.

Практически неполяризованным светом можно считать дневной свет. Искусственные источники света, как правило, дают частично поляризованный свет. Вольфрамовая нить электрической лампочки излучает свет, поляризованный до 15 – 20%, ртутная лампа до 5 – 8%, люминесцентные лампы испускают сильно поляризованный свет.

Естественный свет можно поляризовать, т.е. превратить его в поляризованный свет. Для этого надо создать такие условия, при которых колебания вектора напряженности электрического поля могли бы совершаться только вдоль одного определенного направления. Подобные условия могут, например, создаваться при прохождении естественного света сквозь среду, анизотропную в отношении электрических колебаний. Как известно, такая анизотропия свойственна кристаллам. На рис. 3 показано, как при попадании естественного света на поляризатор П из последнего выходит поляризованный луч. Чтобы убедиться в том, что полученный луч поляризован, и выяснить направление поляризации, поставим на его пути дальше вторую такую же поляризующую пластинку А, называемую в этом случае анализатором. Если оптические оси поляризатора и анализатора параллельны друг другу, то поляризованный свет пройдет через анализатор, почти не снижая своей интенсивности. Если же оптические оси поляризатора и анализатора перпендикулярны, то анализатор полностью погасит падающий на него поляризованный луч. В этом случае говорят, что поляризатор и анализатор скрещены. В промежуточных положениях интенсивность света, прошедшего через систему, будет зависеть от ориентации анализатора относительно поляризатора и определяется законом Малюса:

, (1)

где j – угол между оптическими осями поляризатора и анализатора, J ₀ – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, J – интенсивность света, прошедшего анализатор.

Понятно, что обе пластинки совершенно одинаковы (их можно менять местами); данные названия характеризуют лишь назначение пластинок.