ПОЛЯРИЗАЦИЯ КАК ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ

Под ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ света, как физическим явлением, обычно понимают 2 группы процессов.

Рисунок 11.1

Рисунок 11.2

1) Процесс выделения колебаний векторов с заданной ориентацией из всего многообразия колебаний , присутствующих в естественном свете (получение линей­но-поляризованного света, рис. 11.1).

2) Процесс создания таких условий, при которых вектор начинает изменяться по некоторому заданному закону (получение, например, циркулярно-поляризован­ного света, рис. 11.2).

Устройства, в которых происходит поляризация 1-го или 2-го типов, называются ПОЛЯРИЗАТОРАМИ или ПОЛЯРОИДАМИ (Пл, Пц - рис. 11.1, 11.2).

Как видно из рисунка 11.1, после прохождения естественно­го света через поляроид (Пл) из всего многообразия колебаний в волновом пакете остались лишь ко­лебания типа . Такая волна называется линейно-поляризованной.

Рисунок 11.3

Механизм линейной поляризации можно пояснить на следующем приме­ре. Пусть в естественном свете присутствуют волны двух типов и , распространяющихся в направлении (рис. 11.3). Если коэффициент упругости валентного электрона диэлектрика вдоль оси равен , а вдоль оси равен ,и , то вдоль оси в поляроиде деформация электрона возможна, а следовательно, возможна и генерация вторичных волн типа . Волны же типа не СМОГУТ "раскачать" валентный электрон вдоль оси и их энергия пойдет на нагрев поляроида. В результате поляризатор пропустит волну типа и задержит волну типа . Такова суть линейной поляризации, как процесса, который произо­шел с "волновым пакетом" из двух волн и . Очевидно, что в основе этого типа поляризации лежит явление АНИЗОТРОПИИ кристаллов (см. гл. 1).

Из рисунка 11.2 видно, что предварительно линейно-поля­ризованная волна пройдя через поляроид Пл, превращается в ЦИРКУЛЯРНО-ПОЛЯРИЗОВАННУЮ. Т.е. вектор начинает вращаться вокруг вектора скорости с угловой скоростью , равной циклической частоте электромагнитной волны.

Особенности циркулярно-поляризованного излучения будут рассмотрены в следующих разделах гл.11.

11.4. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ В АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ [4, с. 435]

Направим луч 1 естественного света на одну из граней монокристаллического ИСЛАНДСКОГО ШПАТА, разновидность углекислого кальция , так, как показано на рисунке 11.4. Такой моно­кристалл относится к гексагональной системе, а основу его элементарной ячейки составляет РОМБОЭДР с углами 78,08° и 101,52°.

Рисунок 11.4

Луч 3 называют "обыкновенным", для него выполняется закон преломления света. Традиционное обозначение для такого луча – символ " " и его абсолютный показатель преломления мы обозначим . Для луча 2 закон преломления света не выполняется, его называют "необыкновенным" и присваивают ему символ " ". Аб­солютный показатель преломления необыкновенного луча равен . Кристаллы такого типа назвали одноосными. Кристаллы, в которых оба преломляемых луча (2 и 3) необыкновенные, называют двухос­ными. Такие кристаллы мы далее не рассматриваем.

Плоскость, проходящая через лучи " " и " " называют глав­ной плоскостью кристалла. Любая плоскость параллельная ей также является главной плоскостью.

Опыт показывает, что если волна 1 – неполяризована, волна " " - поляризована в главной плоскости кристалла (рис. 11.5), а волна " " поляризована в плоскости, ортогональной главной плоскости кристалла. На рисунке 11.5 плоскость чертежа пересекает крис­талл в сечении , поэтому вектор располагается в плоскости чертежа, а вектор - ортогонален плоскости чер­тежа.

Проведем линию (рис.11.4), соединяющую тупые диагональ­ные углы РОМБОЭДРА. Это направление называется главной оптической осью кристалла. Если по любому другому направлению , то вдоль . То есть, вдоль волны " " и " " распространяются с одинаковой скорос­тью , как в обычной изотропной среде и БЕЗ ДВОЙНОГО ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ. Любая линия параллельная обладает свойствами оптичес­кой оси. Для всех остальных направлений . Причем, если кристалл называют "отрицательным" (исландский шпат). Если же кристалл называют "положительным" (кварц). Из сказанного ясно, что если поставить поглотитель на пути луча " " (или " "), рисунок 11.5, кристалл с двойным лучепреломле­нием можно использовать как поляризатор.

В современных тонкопленочных поляроидах поглощение одного из лучей происходит в толще самого материала поляроида без приня­тия каких-либо специальных мер. Недостатком поляроидов такого типа является зависимость коэффициента поглощения от длины волны и сравнительно высокое (до 25%) поглощение пропускаемого (полез­ного) поляризованного излучения.