Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы контроля и анализа» для студентов Казнту имени К. И. Сатпаева по специальности 050716

В поперечной механической волне колебания частиц вещества могут происходить в любых направлениях, лежащих в плоскости, перпен­дикулярной направлению распространения волны.

Если колебания происходят только в одном по­стоянном направлении (рис. 6.1, в), то волна на­зывается плоскополяризованной (рис. 6.2, б).

Если колебания проис­ходят в различных направ­лениях, но в некоторых направлениях амплитуды больше, чем в других (рис. 6.1, б), то такая вол­на называется частично поляризованной.

Плоскую поляризацию волны можно осуществить, пропуская естественную волну через устройство, на­зываемое поляризатором.

Рисунок 6.2. Поляризованные волны.

Поставим на пути волны вторую щель. Если плоскости щелей совпадают (рис. 6.3, а), то колебания, поляризованные первой щелью, будут проходить через вторую щель без изменения амплитуды.

Рисунок 6.3.

соответствует проекции амплитуды А_о на плоскость щели. Поэтому можно сказать, что из колебаний с амплитудой А_о вторая щель про­пускает только составляющую, совпадающую с плоскостью щели.

При повороте второй щели на углы от 0 до 90° вместе с измене­нием положения плоскости колебаний, прошедших через щель, ампли­туда их изменяется от начальной величины до нуля (рис. 387, в). Поэтому, вращая вторую щель вокруг оси, совпадающей с напра'вле-нием^раепростраиения волны, можно по изменению амплитуды коле­баний (например, полное пропускание или гашение) определить поло­жение в пространстве плоскости колебаний поляризованной волны. В связи с этим вторая щель называется анализатором волны.

Первая щель, или поляризатор, из колебаний естественной волны, происходящих во всевозможных направлениях, также пропускает только составляющие амплитуд 1', 2', 3', ..., совпадающие с его плос­костью, которые и образуют амплитуды колебаний поляризованной волны (рис. 6.1, г).

Поляризация света. Установлено, что при действии света на вещество основное значе­ние имеет электрическая составляющая поля волны, которая воз­действует непосредственно на электроны в атомах вещества. Поэтому вектор Е напряженности электрической составляющей поля называют световым вектором волны, а плоскость его колебаний - плоскостью колебаний волны.

Можно считать, что в единичном акте излучения электрон в атоме испускает плоскополяризованную световую волну, т. е. волну, в ко­торой колебания светового вектора происходят в одной плоскости. Поскольку излучение продолжается в течение ~ 10^-8 с, при этом образуется «цуг» волн протяженностью около 3м. Затем атом излучает новый цуг волн, направление и фаза светового вектора которого не связаны с предыдущим цугом.

Световая волна, излучаемая телом в целом, образуется в резуль­тате сложения волн, излучаемых множеством атомов, с различной и беспорядочно меняющейся во времени ориентировкой световых век­торов. Соответственно меняется и направление светового вектора результирующей волны. При этом все направления для светового вектора равноценны, т. е. волна является естественной, или неполяризованной. Таким образом, все естественные источники света излу­чают неполяризованный свет.

С помощью поляризатора естественный свет можно преобразовать в шюскополяризованный. При этом поляризатор пропускает только составляющие колебаний светового вектора, совпадающие с его плос­костью (см. рис. 6.1 г), амплитуда которых, изменяется по закону А = А_о cos α, где α - угол между плоскостью колебаний светового вектора и плоскостью поляризатора. Интенсив­ность I световой волны, прошедшей через поляризатор (и приходя­щейся на одно колебание), пропорциональна квадрату амплитуды. Следовательно, I = I₀ cos² α, где I₀ - интенсивность волны, падаю­щей на поляризатор.

В естественной волне все направления колебаний светового век­тора равноценны и угол α беспорядочно меняется в пределах от 0 до π. Следовательно, интенсивность световой волны, прошедшей через поляризатор (в целом), пропорциональна среднему значению cos²α в пределах от α =0 до α = л. Поскольку последнее равняется 1/2 , интенсивность плоскополяризованного света I_п равняется половине интенсивности I _ест естественного света, падающего на поляризатор: I _п = I _ест/2.

Плоская поляризация света, особенно частичная, - весьма рас­пространенное явление, происходящее при отражении, преломлении и рассеянии света окружающими телами. Однако глаз не отличает поляризованный свет от естественного. В связи с этим все наблю­дения поляризации света или связанных с ней явлений производятся только с помощью соответствующих приборов.

Плоская поляризация света (слово «плоская» в дальнейшем опус­кается) происходит, например, при отражении и преломлении свет в стекле. Как отраженный, так и преломленные световые лучи ча­стично поляризованы, причем преимущественное направление коле­баний преломленного луча лежит в плоскости падения и отраженного луча — в плоскости, ей перпендикулярной. Степень поляризации отраженного света зависит от угла падения. При угле падения α, удовлетворяющем условию

tg α = п

Поляризация происходит также при рассеянии света. Степень поляризации тем выше, чем меньше размеры частиц, на которых про­исходит рассеяние.

Механизм поляризации света при взаимодействии с веществом подробно рассматривать не будем. Укажем только, что зависимость величины светового вектора от направления излучения свойственна атомам, которые уподобляются микроосцилляторам. При сложении вторичных световых волн, излучаемых атомами вещества, образуется волна, также имеющая некоторые преимущественные на­правления колебаний результирующего светового вектора, т. е. волна частично, а при соответствующих условиях и полностью поляризована.
Литература: 2 осн. [403-406].

Контрольные вопросы.

1. 
   Что такое естественная и неполяризованная волна?
   
2. 
   Что такое частично поляризованная волна?
   
3. 
   Что такое поляризатор?
   
4. 
   Что такое анализатор волны?
   
5. 
   Поляризация света.