Лабораторная работа №4. Исследование преобразования характеристик света поляризационными элементами
В данной работе методами численного моделирования изучаются особенности преобразования света при взаимодействии с поляризационными элементами в виде двоякопреломляющего кристалла.
Целью настоящей лабораторной работы является определение типа поляризации световой волны после прохождения двоякопреломляющего кристалла.
Поляризация световой волны
Электромагнитная волна является поперечной. Колебания вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля в электромагнитной волне происходят в перпендикулярных к направлению распространения волны плоскостях. Направление вектора напряженности электрического поля 
определяет тип поляризации световой волны.
Рис. 4.1. Линейнополяризованная волна.
Если колебания вектора происходят в одной плоскости, такая волна называется плоско поляризованной или линейно поляризованной (рис. 4.1). Плоскость, проходящая через вектор и направление распространения волны, называется плоскостью колебаний.
Если конец вектора в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, описывает эллипс или окружность, то свет соответственно называется эллиптически поляризованным или поляризованным по кругу. Распределение вектора напряженности эллиптически поляризованного света показано на рис. 4.2
Рис. 4.2. Эллиптически поляризованная волна.
Если конец вектора в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, совершает беспорядочные колебания, то есть плоскость колебаний постоянно и беспорядочно меняется, то свет называется естественным или неполяризованным.
Как правило, естественные источники света (солнце, пламя свечи, электрическая лампа) излучают именно такие, неполяризованные электромагнитные волны. Излучение таких источников представлено в каждый момент времени из световых волн от огромного числа независимо излучающих атомов с различной поляризацией. Каждый атом излучает плоскополяpизованные волны, но плоскости их колебаний никак не согласованы между собой. Поэтому в результирующей волне вектор напряженности электрического поля беспорядочно изменяет свою ориентацию во времени, так что в среднем все направления колебаний оказываются равноправными.
Наконец, можно создать частично поляризованный свет, в котором не все плоскости колебаний одинаково представлены, а имеется некоторое преимущественное направление колебаний вектора . Например, допустим, что вертикальные колебания соответствуют максимальной интенсивности 
, горизонтальные – минимальной 
. Частично поляризованный свет характеризуют степенью поляризации 
, которую определяют как
Для плоскополяризованного света 
; для естественного света 
; для эллиптически поляризованного света понятие «степень поляризации» неприменимо.
В каждый момент времени вектор может быть спроектирован на две взаимно перпендикулярные оси (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Проекция вектора на два ортогональных направления.
Это означает, что любую волну (поляризованную и неполяризованную) можно представить как суперпозицию двух плоскополяризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн. Но в поляризованной волне составляющие 
и 
когерентны, т.е. имеют постоянную разность фаз, а в неполяризованной – некогерентны, то есть разность фаз случайно меняется со временем.
Таким образом, естественный свет можно представить как наложение двух некогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую интенсивность. Такое представление намного упрощает рассмотрение прохождения света через поляризационные устройства.