Плоская или линейная поляризация

При и уравнение (8.1) принимает вид

,

и .

Таким образом, в данном случае в заданной точке пространства конец вектора Ε движется по прямой линии в плоскости ху, перпендикулярной направлению распространения света. Если изобразить «мгновенную фотографию» векторов E, начинающихся на одном луче (рис.8.1), то все эти векторы окажутся в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации света. Допустим, что световые волны когерентны, причем δ=0, тогда:

.

Следовательно, результирующее колебание совершается в фиксированном направлении – волна оказывается плоскополяризованной.

Рис. 8.2.

2. Эллиптическая поляризация (в частном случае круговая).

При и уравнение результирующего колебания (8.1) превращается в уравнение эллипса , а при и - в уравнение окружности . В этом случае конец вектора E движется по эллипсу (при – по окружности) (рис. 8.2).

Линейную поляризацию также можно считать частным случаем эллиптической поляризации. Волну с эллиптической поляризации можно представить как суперпозицию двух ортогональныхволн с линейными

Рис. 8.3. Рис. 8.4.

поляризациями (рис.8.3):

.

Свет с частичной поляризацией представляет собой суперпозицию поляризованного света с интенсивностью и естественного света с интенсивностью (рис. 8.4): .

Лампы накаливания, люминесцентные излучатели, газоразрядные и многие другие источники света дают неполяризованный (естественный) свет. Свет с линейной поляризацией дают некоторые типы лазеров. Используя различные оптические явления и (или) анизотропные материалы (кристаллы), можно из естественного света получить свет с желаемой поляризацией.

Поляризатор – прибор, пропускающий излучение с определенным направлением колебаний вектора E (это направление называют плоскостью поляризатора) и задерживающий излучение с другими направлениями колебаний. Если на поляризатор падает линейно поляризованный свет с вектором напряженности E, и плоскость поляризации света составляет угол α с плоскостью поляризатора, то в волне, прошедшей через идеальный поляризатор, останется только компонента E₁, параллельная плоскости поляризатора (рис.8.3):

.

Поскольку интенсивность света пропорциональна среднему квадрату напряженности, то для интенсивности линейно поляризованного света, прошедшего через идеальный поляризатор ,получаем соотношение, называемое законом Малюса:

. (8.2)

При падении на поляризатор естественного света, в прошедшей волне останется одна из компонент колебаний, параллельная плоскости поляризатора, т. е. естественный свет превращается в линейно поляризованный. Интенсивности, соответствующие ортогональным колебаниям, в естественном свете одинаковы, и каждая из них равна половине общей интенсивности . После поляризатора имеем волну с интенсивностью одной из ортогональных компонент: .

При падении на поляризатор частично поляризованного света интенсивность прошедшего света зависит от ориентации поляризатора более сложно. Обращаясь к рис. 8.4 и 8.3 с учетом закона Малюса, найдем: . При интенсивность максимальна, при - минимальна: , .

Степенью поляризации света называется выражение

, (8.3)

где I_max и I_min – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого поляризатором (поляризатор, используемый для определения степени поляризации света, называют анализатором). Степень поляризации может изменяться в пределах . Значению P=0 соответствует естественный свет, а P=1 - линейно поляризованный.

Неидеальный поляризатор имеет коэффициент пропускания для колебаний, параллельных плоскости поляризатора, и коэффициент

Рис. 8.5.

пропускания для колебаний, перпендикулярных ей (коэффициентом пропускания называется отношение интенсивности световой волны прошедшей через поляризатор к интенсивности падающей волны). Естественный свет по прохождении через такой поляризатор становится частично поляризованным со степенью поляризации

. (8.4)

Порядок выполнения работы

Для проведения работы, необходимо установить на оптической скамье модуль 12, представляющий собой поляризатор с нониусом, модуль 8 – кассету в двукоординатном держателе с установленным в нее объектом 38 – фотодатчик диодный последовательно друг за другом. Затем необходимо подключить фотодатчик к мультиметру, обычно в таких случаях измеряют фототок (предел измерения 200 мкА). Подготовленная к проведению работы установка показана на рис. 8.5.

Задание 1. Определение степени поляризации излучения лазера.

1. Установите фотодатчик диодный №38 на оптическую скамью и подключить к мультиметру. Включить мультиметр в режим измерения постоянного тока (в зависимости от интенсивности лазерного луча предел измерения берется 200 мкА или 2000 мкА).

2. Установите идеальный поляризатор (модуль 12), выступающий в качестве анализатора

3. Отъюстируйте лазер так, чтобы световой пучок попадал в отверстие фотодатчика.

4. Вращая анализатор (модуль 12), найдите максимальное и минимальное значения фототока I_max и I_min, соответствующие максимальной и минимальной интенсивности прошедшего света.

5. Полагая, что сила фототока прямо пропорциональна интенсивности света, найдите степень поляризации лазерного излучения Р по формуле (8.3).

6. Оценив погрешность измерений силы фототока, найдите DР (как погрешность косвенных измерений).

Задание 2