Двойное лучепреломление электромагнитных волн

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: докладная записка, учебный реферат
| Добавил(а) на сайт: Jamskov.

[pic]

(1) где [pic]-циклическая частота, (-частота, [pic]-волновое число, [pic]- начальная фаза колебаний.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами, т.е. колебания векторов напряженности [pic] переменного электрического и индукции [pic] переменного магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору [pic] скорости распространения волны. Векторы
[pic], [pic] и [pic] образуют правовинтовую систему: из конца вектора [pic] поворот от [pic] к [pic] на наименьший угол виден происходящем против часовой стрелки (рис. 1).

[pic] рис. 1
На рис. 2 показано распределение векторов [pic] и [pic] электромагнитной волны вдоль оси OZ в данный момент времени t.

[pic]рис. 2

Из формулы (1) следует, что вектора [pic] и [pic] в электромагнитной волне колеблются в одинаковой фазе (синфазно), т.е. они одновременно обращаются в нуль и одновременно достигают максимальных значений.

Основываясь на том, что электромагнитная волна является поперечной, возможно наблюдение явлений, связанных с определенной ориентацией векторов
[pic] и [pic] в пространстве.

2. Поляризация света.

Виды поляризованного света.

Для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов, характеризующих электромагнитную волну.
Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора-вектора напряженности [pic] электрического поля (при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 3, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка).

[pic] рис. 3

В данном случае равномерное распределение векторов [pic] объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов [pic]-одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора [pic] называется естественным. Неполяризованный (естественный) свет испускают большинство типовых источников, например лампы накаливания.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное) направление колебаний вектора [pic] (рис. 3, б), то мы имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор [pic] колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 3,в), называется плоско поляризованным (линейно поляризованным).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации. Плоско поляризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света-света, для которого вектор [pic] изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу (рис. 4,а).

[pic] рис. 4

Если эллипс поляризации вырождается в прямую (при разности фаз [pic], равной нулю или [pic]), то имеем дело с рассмотренным выше плоско поляризованным светом, если в окружность (при [pic] и равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным
(поляризованным по кругу) светом (рис. 4,б и рис. 4,в соответственно).

3. Поляризаторы. Закон Малюса.

Естественный свет можно преобразовать в плоско поляризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направления (например, пропускающие колебания, параллельные главной плоскости поляризатора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости). В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора [pic], например кристаллы. Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризаторов, следует отметить турмалин. Турмалин сильно поглощает световые лучи, в которых электрический вектор перпендикулярен к оптической оси. Если же электрический вектор параллелен оси, то такие лучи проходят через турмалин почти без поглощения. Поэтому естественный свет, пройдя через пластинку турмалина, наполовину поглощается и становится линейно поляризованным с электрическим вектором, ориентированным параллельно оптической оси турмалина.

Таким же свойством обладают поляроиды, более удобные в обращении. Они представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки, служащие для получения поляризованного света. Поляроид, подобно турмалину, действует, как один кристалл и поглощает световые колебания, электрический вектор которых перпендикулярен к оптической оси.

Явление поляризации света имеет место и при отражении или преломлении света на границе двух изотропных диэлектриков. Этот способ поляризации был открыт Малюсом, который случайно заметил, что при поворачивании кристалла вокруг луча, отраженного от стекла, интенсивность света периодически возрастает и уменьшается, т.е. отражение от стекла действует на свет подобно прохождению через турмалин. Правда, при этом не происходило полного погасания света при некоторых определенных положениях кристалла, а наблюдалось лишь его усиление и ослабление.

Существуют и другие способы получения поляризованного света.

Итак, всякий прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором.

Допустим, что два кристалла турмалина или два поляроида поставлены друг за другом, так что их оси [pic]и [pic] образуют между собой некоторый угол (рис. 5).
Первый поляроид пропустит свет, электрический вектор [pic] которого параллелен оси [pic]. Обозначим через [pic] интенсивность этого света.
Разложим [pic] на вектор [pic], параллельный оси [pic] второго поляризатора, и вектор [pic], перпендикулярный к ней ([pic]). Составляющая
[pic] будет задержана вторым поляроидом. Через оба поляроида пройдет свет с электрическим вектором [pic], длина которого равна [pic]. Отношение интенсивностей пропорционально отношению квадратов амплитуд:

[pic] и, следовательно