Лабораторная работа № 3.4 Поляризация света. Проверка закона Малюса

Цель работы:

ознакомиться с методами получения линейно поляризованного света; проверить выполнение закона Малюса для линейно поляризованного света.

Оборудование: Лабораторная установка для проверки выполнения закона Малюса.

Теоретическое введение

Согласно электромагнитной теории света, свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Распространяющаяся в пространстве электромагнитная волна описывается взаимно перпендикулярными векторами: напряженности электрического и магнитного полей, изменяющимися в одинаковой фазе и перпендикулярными к направлению распространения (вектору скорости волны).

На рис.1 изображено мгновенное распределение в пространстве электрического и магнитного полей в электромагнитной волне, распространяющейся в положительном направлении оси , колебания векторов и в которой происходят по гармоническому закону.

Опыт показывает, что при взаимодействии света с веществом основное действие (физиологическое, фотохимическое и др.) вызывается колебаниями напряженности электрического поля (вектора ). Вектор мы и будем называть световым вектором.

Обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающихся элементарных излучателей (атомов, молекул), испускающих независимо друг от друга волны с различными направлениями светового вектора. При наложении друг на друга, эти волны образуют результирующую волну, в которой колебания светового вектора в различных направлениях быстро (~ 10^-8с) и беспорядочно сменяют друг друга и с равной вероятностью могут происходить во всех направлениях.

Такой свет называют естественным, или неполяризованным.

Свет, в котором направление колебаний светового вектора упорядоченно каким-либо образом, называется поляризованным.

Различают следующие виды поляризации:

1. Плоско-(или линейно-) поляризованный свет. Колебания вектора происходят в одной плоскости, проходящей через луч.

2. Свет, поляризованный по кругу (круговая поляризация). Вектор вращается вокруг направления распространения света (волны), оставаясь постоянным по модулю.

3. Эллиптически поляризованный свет. Вектор вращается вокруг направления распространения света (волны) и изменяется по модулю.

Для 2 и 3 различают правую и левую поляризацию.

Правая поляризация:

Если смотреть навстречу направлению распространения света вектор поворачивается по часовой стрелке.

Левая поляризация – вектор поворачивается против часовой стрелки.

Наиболее общий вид поляризации – эллиптически поляризованный свет. Линейная и круговая поляризация частные случаи этого вида поляризации.

Можно условно, графически изобразить свет в виде проекции траектории конца колеблющегося электрического вектора на плоскость, перпендикулярную лучу (направлению распространения света). Тогда естественный и линейно-поляризованный свет схематически будут выглядеть следующим образом: естественный – рис.2а; линейно-поляризованный – рис.2б; эллиптически-поляризованный – рис.2в.

Следует заметить, что для эллиптически-поляризованного света данная картинка (в) соответствует какому-то фиксированному моменту времени.

Ч то-то среднее между естественным и линейно поляризованным представляет собой частично-поляризованный свет.

В частично-поляризованном свете, как и в естественном, существуют колебания со всевозможными направлениями, но не в одинаковом количестве. В частично поляризованном свете электрический вектор имеет преимущественную ориентацию в определенном направлении, вдоль которого амплитуда колебаний вектора наибольшая (рис.3).

Частично-поляризованный свет можно характеризовать величиной, называемой степенью поляризации. Если интенсивность света будет меняться в пределах от до , то величину определяемую формулой: называют степенью поляризации.

В частности, для естественного света и , для линейно поляризованного и .