Типы поляризации световой волны. Проявления анизотропии при распространении света в веществе. Закон Малюса.

Поляриза́ция волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как направление колебаний в волнах этого типа всегда совпадает с направлением распространения^[1].

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектороми вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Волновой вектор показывает направление распространения волны, а вектор поляризации представляет собой вектор напряженности электрического поля. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

· несимметричная генерация волн в источнике возмущения;

· анизотропность среды распространения волн;

· преломление и отражение на границе двух сред.

Зависимость мгновенных потенциалов при круговой поляризации

В общем случае для гармонических волн конец вектора колеблющейся величины описывает в плоскости, поперечной направлению распространения волны, эллипс, и такая поляризация называется эллиптической. Важными частными случаями являются линейная поляризация, при которой колебания возмущения происходят в какой-то одной плоскости, в таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне», и круговая или циркулярная поляризация, при которой конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний, круговая поляризация в зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.

Поляризация описывается Фигурами Лиссажу и соответствует сложению поперечных колебаний равной частоты.

·

 

·

 

·

·

Линейная поляризация

 

·

Круговая поляризация

 

·

Эллиптическая поляризация

АНИЗОТРОПИЯ И СВЕТ

 

Превращение естественного света в поляризованный и изменение типа поляризации (см."Поляризация") при различных оптических явлениях почти всегда связаны с оптической анизотропией вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным направлениям. Оптическая анизотропия является следствием анизотропии структуры и вещества. Создавать или менять анизотропию структуры и вещества можно воздействием самых различных факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим и объясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на поляризацию светового излучения.

 

В ряде таких эффектов поляризация света происходит без дополнительного воздействия на вещество. Так, например, естественный свет, отраженный под углом Брюстера, полностью линейно поляризованный (см."Отражение и преломление"), а право циркулярно-поляризованный свет при перпендикулярном отражении от стеклянной пластинки превращается в левоциркулярно-поляризованный.

 

16.1. На границе анизотропных прозрачных тел (в первую очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т.е. расцепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распространения в среде - обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизотропии". Так его коэффициент преломления изменяется с направлением, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.

 

Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах. В случае двуосных кристаллов картина расщепления несколько сложнее (1-3,6,7,).

 

Эффект двойного преломления положен Николем в основу изобретенной им поляризационной призмы. Он использовал различие показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, создав для одного из них условия полного внутреннего отражения, после которого этот луч, изменив свое направление, поглощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч полного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на выходе призмы получается полностью линейно-поляризованный свет.

 

16.2. Механо-оптические явления.

 

Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возникновению оптической анизотропии под действием механических сил.

 

16.2.1. Фотоупругость - так называется возникновение в изотропных прозрачных твердых телах оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления под действием механических нагрузок, создающих в твердых телах деформации.

 

При пропускании луча света через такое, пре, тело возникает два луча и различной поляризации, интерференция между которыми приводит к образованию интерференционной картины, вид кот позволяет судить о величинах и распределении напряжений в теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку оптичеспия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотропной структуры вещества, то эффект фотоупругости позволяет визуализировать как упругие деформации, так и остаточные, а это значит, что о деформациях и нагрузках можно судить и после снятия этих нагрузок.

 

Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в веществах, уже обладающие анизотропией свойства. При этом изменяется характер анизотропии: например, в одноосном кристалле может возникнуть двойное преломление в направлении его оптической оси, вдоль которой он первоначально изотропен.

 

Эффект фотоупругости - один из самых тонких методов изучения структуры и внутренних напряжений в твердых телах (4)

 

А.С. N.249025: Способ оценки распределения контактных напряжений по величине деформации пластичной прокладки, располагаемой в зоне контакта между соприкасающимися поверхностями, отличающийся тем, что с целью повышения точности, в качестве пластичной прокладки используют пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил и по картине полос судят о распределении контактных напряжений.

МАЛЮСА ЗАКОН - зависимость интенсивности линейно поляризованного света после его прохождения через анализатор от угла a между плоскостями поляризации падающего света и анализатора (см. Поляризация света).Установлен Э. Л. Малюсом (E. L. Malus) в 1810. Если - соответственно интенсивности падающего на анализатор и выходящего из него света, то, согласно M. з., Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно поляризованных составляющих, к каждой из к-рых применим M. з. По M. з. рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах. Потери на отражение, зависящие от a и не учитываемые M. з., определяются дополнительно.