Свет, в составе которого колебания светового вектора каким-либо образом упорядочиваются, будет называться поляризованным.
Плоскость поляризации, в свою очередь, является плоскостью, в которой световой вектор (вектор напряжения электрического поля) совершает свои колебательные движения.
Рисунок 1. Явления поляризации света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поляризация волн
Статья: Свет волны в поляризации
Поляризация волн представляет собой явление, демонстрирующее характеристику поперечных волн с описанием поведения вектора колеблющейся величины в перпендикулярной направлению распространения волны плоскости.
Возникновение поляризации в продольной волне невозможно по причине совпадения направления колебаний в волнах подобного типа с направлением распространения.
Поперечная волна характеризуется следующими направлениями:
- волновым вектором (демонстрирует направление распространения волны);
- вектором амплитуды (он всегда перпендикулярен волновому вектору и показывает, в каком направлении производятся колебания).
Причина проявления такого явления, как поляризация волн, может заключаться в:
- несимметричности генерации волн в источнике возмущения;
- анизотропности среды распространения волн;
- преломлении и отражении на границе двух сред.
Поляризация описывается с помощью фигур Лиссажу, соответствуя при этом сложению равночастотных поперечных колебаний при различных сдвигах фаз. В условиях равночастотных колебаний фигуры Лиссажу становятся эллипсом, при этом две его крайние формы представляют собой отрезок прямой и круг.
Рисунок 2. Свет, поляризованный по кругу. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Конец вектора колеблющейся величины для гармонических волн будет описываться в плоскости, поперечной направлению их распространения волны, в виде эллипса (эллиптическая поляризация).
Линейная поляризация представляет уже частный случай. При ней колебания возмущения будут осуществляться в какой-то одной плоскости (речь идет о плоско-поляризованной волне). Также редким случаем являются циркулярная (круговая) разновидность поляризации, при ней конец вектора амплитуды начинает описывать окружность в плоскости колебаний. Зависимо от направления вращения вектора, такая поляризация может оказаться левой или правой.
Поляризация света
Свет, испускаемый с помощью отдельно взятого какого-либо элементарного излучателя (атома, молекулы), будет всегда поляризованным (в каждом из актов излучения). Свет считается полностью поляризованным при взаимной перпендикулярности двух компонент (проекций) вектора пучка света и совершении ими колебаний с разностью фаз, постоянной во времени.
Проекционная картина света в условиях его полной поляризации приобретает форму эллипса (с левым или правым вариантом вращения векторного направления во времени). Данный вид света будет называться эллиптически поляризованным.
В квантовой оптике, где рассматривается электромагнитное излучение в формате потока фотонов, с поляризацией света взаимосвязано равное спиновое состояние каждого из фотонов, участвующих в образовании светового пучка. Эллиптически-поляризованный свет при этом описывается, благодаря соответствующей суперпозиции таких состояний.
Частичная поляризация света, которая всегда постоянна, объясняется особенностями элементарного акта излучения и также множеством физических процессов, которые способны нарушить осевую симметрию светового пучка. Поляризованный свет может появляться в момент отражения света и его преломлении на границе раздела двух сред. Такое явление возникает вследствие различия оптических характеристик границы для поляризованных компонент (их поляризация при этом параллельна и перпендикулярна плоскости падения, что более детально описано в законе Брюстера).
Свет обладает способностью к поляризации при таких ситуациях:
- в процессе прохождения сквозь анизотропную среду (при условии наличия естественной или индуцированной оптической анизотропии);
- вследствие установления факта различия коэффициентов поглощения у разных поляризаций (при дихроизме);
- при двойном лучепреломлении (возникновение поляризации света происходит при его рассеянии, в момент оптического возбуждения резонансного излучения в жидкостях, твердых телах (люминесценция) и парах.
Полная поляризация обычно наблюдается в излучении лазеров. В сильных полях магнитного и электрического типа фиксируется полная поляризация для компонент расщепления спектральных линий (речь идет о поглощении и люминесценции систем газообразного и конденсированного типа (магнитооптика и электрооптика)).
Поляризованный свет на примерах кристаллов
Получение линейно поляризованного света из естественного, неполяризованного возможно благодаря нескольким способам. Так, наиболее часто используются полимерные плёнки с длинными (ориентированными в одном направлении) молекулами, призмы и пластинки (которые обладают двойным лучепреломлением либо оптической анизотропией.
Явление оптической анизотропии ученые фиксируют у многих кристаллов (например, турмалина, кварца, исландского шпата).
Такое явление, как двойное лучепреломление, основывается на том, что попадающий на кристалл луч света начинает разделяться в нем на два луча. При этом будет постоянным показатель преломления кристалла для одного из таких лучей, даже несмотря на изменения угла падения входного луча. В случае с другим лучом мы уже наблюдаем зависимость его от угла падения (анизотропность кристалла для него).
Такое обстоятельство стало настолько удивительным для его первооткрывателей, что первый луч был назван ими обыкновенным, а второй — необыкновенным. Также была обнаружена их линейная поляризованность во взаимно-перпендикулярных плоскостях.
В некоторых одноосных кристаллах было выявлено ещё одно неожиданное явление: обыкновенный и необыкновенный лучи могут испытывать поглощение с существенным различием (дихроизм). Так, в турмалине наблюдается практически полное поглощение обыкновенного луча (на пути около миллиметра), а необыкновенный при этом проходит насквозь весь кристалл почти без каких-либо потерь.
Рисунок 3. Виды плоско поляризованной волны. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Двоякопреломляющие кристаллы применяются с целью получения линейно-поляризованного света двумя вариантами. В первом применяют не обладающие дихроизмом кристаллы (изготовление специальных призм). В них отклоняется в сторону либо один луч (из призмы при этом выходит только один линейно-поляризованный луч), либо оба луча выходят из призмы, но они разведены на большой угол. Второй вариант использования предусматривает сильно дихроичные кристаллы (в них происходит поглощение одного из лучей).
