Взаимодействие электромагнитных световых волн с веществом. Поляризация света. Виды поляризации

1. Лекция № 4 (18.03.14г.) «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СВЕТОВЫХ ВОЛН С ВЕЩЕСТВОМ»

7) Поляризация света. Виды поляризации.
8) Способы получения поляризованного света.
Поляризация света на границе 2-х диэлектрических сред.
Формулы Френеля.
9) Способы получения поляризованного света.
Закон Брюстера.
10) Двойное лучепреломление.
11) Поляризаторы. Поляризационные призмы. Дихроизм
поглощения. Поляроиды.
12) Анализ поляризованного света. Закон Малюса.
13) Оптическая активность.

2.

7) Поляризация света. Виды поляризации.
• Электромагнитная волна - поперечная. Вектора E, H и ʋ
взаимно перпендикулярны и составляют правую тройку
векторов.
• При действии света на вещество основное значение имеет
электрическая составляющая эл./м. поля световой волны.
↓
• Поведение ориентации светового вектора E определяет
виды поляризации света

3. 7) Поляризация света. Виды поляризации.

4.

7) Поляризация света. Виды поляризации.
Естественный свет — направление светового вектора
E изменяется хаотически и все направления колебаний
вектора E равновероятны.
2) Поляризованный свет — свет, в котором направления
колебаний светового вектора E упорядочены в
плоскости, перпендикулярной лучу:
2.1) если вектор E колеблется только вдоль одного
направления, то такой свет — линейно- или
плоскополяризованный;
2.2) если конец вектора E описывает окружность — круговая
или циркулярная поляризация (право - и
левоциркулярная).
2.3) если конец вектора E описывает эллипс —
эллиптическая поляризация.
3) Частично поляризованный свет — свет с
преимущественным направлением колебаний вектора E.
1)

5. 7) Поляризация света. Виды поляризации.

6. 8) Поляризация света на границе 2-х диэлектрических сред. Формулы Френеля.

При прохождении световой волны через
границу раздела двух сред возникает
разница в отражении и преломлении
двух независимых компонент,
поляризованных параллельно и
перпендикулярно плоскости падения,
→ исходно неполяризованный свет
после отражения или преломления
становится частично
поляризованным.
Используя граничные условия для
векторов E и D, B и H, закон
преломления можно получить
формулы Френеля, позволяющие
рассчитать соотношения между
амплитудами падающей, отраженной и
преломленной волн для обеих
поляризаций.

7. 8) Поляризация света на границе 2-х диэлектрических сред. Формулы Френеля.

Решая системы уравнений
и используя закон преломления
,
получаются выражения – коэффициенты Френеля
для отраженных к падающим волнам
и формулы Френеля.
В случае падения волн при α = β = 00 исчезает
различие между
и
,

8. 9) Закон Брюстера.

Отраженный и преломленный лучи
являются частично поляризованными.
Степень поляризации Р: 0 ≤ Р ≤ 1
I
I
P max min
I max I min
В отраженном луче преобладают колебания
перпендикулярные плоскости падения, а
в преломленном — колебания, лежащие в
плоскости падения.
↓
Если α = αбр, то отраженный луч полностью плоскополяризован.
n
tgαбр 2
900
n1

9. 10) Двойное лучепреломление.

• Кристаллы – анизотропные вещества:
физические свойства по разным
направлениям различны.
• В анизотропных диэлектриках направления
P и E не совпадают:
P = ε0æE, где æ – симметричный тензор
диэлектрической восприимчивости.
• ε = æ + 1 → ε – тензор 2-го ранга как и æ.
• Двойное лучепреломление –
расщепление внутри прозрачного
анизотропного кристалла луча
естественного света на 2 линейно
поляризованных во взаимно
перпендикулярных плоскостях луча,
которые распространяются с
различными скоростями и в
различных направлениях.

10. 10) Двойное лучепреломление.

Различают лучи, поляризованные в главной плоскости и
перпендикулярно ей. Первый луч называют необыкновенным,
а второй - обыкновенным.
• о-луч распространяется по всем направлениям кристалла с
одинаковой скоростью v0 = c/n0 (n0 = const) и подчиняется
закону преломления.
• е-луч распространяется по различным направлениям с
разными скоростями
vе = c / nе (nе - переменная
величина, зависящая от направления луча).

11. 10) Двойное лучепреломление.

• Одноосные кристаллы – кристаллы с одной оптической
осью – направлением, по которому распространяется луч
света, не испытывая двойного лучепреломления.
• Любая плоскость, проходящая через луч света и
оптическую ось, называется главным сечением или
главной плоскостью кристалла.
• Различие в отклонении обоих лучей → различие в
показателях преломления.
• Лучи полностью поляризованы в взаимно
перпендикулярных направлениях.

12. 10) Двойное лучепреломление

13. 10) Поляризаторы. Поляризационные призмы.

• Двулучепреломляющие свойства
кристаллов используются для
получения поляризованного света из
неполяризованного.
• Призма Николя (николь) состоит из
2 кристаллов исландского шпата,
склеенных слоем канадского
бальзама (n = 1,55). Углы склейки
подобраны таким образом, что
обыкновенный луч (n0 = 1,66)
претерпевает полное внутреннее
отражение и поглощается нижней
зачерненной гранью, а
необыкновенный (nе = 1,49),
поляризованный в главной
плоскости, проходит через николь.
→ Призма Николя преобразует
естественный свет в
линейнополяризованный.

14. 10) Дихроизм поглощения. Поляроиды.

• Двоякопреломляющие кристаллы обладают
свойством дихроизма — различного
поглощения света в зависимости от
ориентации электрического вектора
световой волны.
• Дихроичные кристаллы используются при
производстве поляроидов — тонких
пластиковых пленок с вкраплением кристаллов с
сильно выраженным дихроизмом (пропускающих
только одну поляризацию - совершенный
поляризатор).
Напр., герапатит - полимерная пленка, полностью
поглощающая о-лучи при толщине ~0,1 мм.

15. 12) Анализ поляризованного света. Закон Малюса.

16. 13) Оптическая активность (гиротропия) - вращение плоскости поляризации

• Гиротропия - следствие
пространственной дисперсии в
анизотропных средах. В этом
случае по мере прохождения среды
(толщиной d) вдоль ее оптической
оси плоскость колебаний линейно
поляризованного света
поворачивается на некоторый угол φ.
• Вращение плоскости поляризации
объясняется различной скоростью
распространения в гиротропной
среде право- и левоциркулярного
света (линейное колебание можно
представить как векторную сумму
двух вращений частоты ω).