Поляризация света

Ñëîæåíèå äâóõ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ êîëåáàíèé ñ ðàçíûìè àìïëèòóäàìè è ðàçíîñòüþ ôàç ïðèâåäåò ê ôîðìèðîâàíèþ ýëëèïòè÷åñêîãî  êîëåáàíèÿ, ò.å. êîëåáàíèÿ, ïðè êîòîðîì êîíåö ðåçóëüòèðóþùåãî âåêòîðà  îïèñûâàåò ýëëèïñ â ïëîñêîñòè âîëíîâîãî ôðîíòà ñ òîé æå óãëîâîé ÷àñòîòîé , ñ êîòîðîé ñîâåðøàþòñÿ èñõîäíûå êîëåáàíèÿ.

Äåéñòâèòåëüíî, êîëåáàíèÿ â âîëíàõ, ïðîøåäøèõ ïëàñòèíêó, îïèñèâàþòñÿ ñîîòíîøåíèÿìè

     (13)

Èñêëþ÷àÿ èç ýòèõ óðàâíåíèé   ïîëó÷èì

,                       (14)

ò.å. óðàâíåíèå ýëëèïñà . Ôîðìà ýëëèïñà è îðèåíòàöèÿ åãî îòíîñèòåëüíî îñåé  è  çàâèñÿò îò çíà÷åíèé  è .

Ò.î. ïîëó÷èëàåì ñâåòîâóþ âîëíó, êîíöû âåêòîðîâ  E è H êîòîðîé îïèñûâàþò ýëëèïñû. Òàêîé ñâåò íàçûâàåòñÿ ýëëèïòè÷åñêè- ïîëÿðèçîâàííûì.

Ðàññìîòðèì íåñêîëüêî ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ.

à) Òîëùèíà ïëàñòèíêè òàêîâà , ÷òî ðàçíîñòü õîäà äâóõ âîëí ñîñòàâëÿåò ÷åòâåðòü äëèíû ñâåòîâîé âîëíû (ïëàñòèíêà â ¼ âîëíû):

èëè

      m=0,1,2. …     (15)

 òàêîì ñëó÷àå  è óðàâíåíèå ýëëèïñà ïðèìåò âèä

ò.å. ìû ïîëó÷èì ýëëèïñ , îðèåíòèðîâàííûé îòíîñèòåëüíî ãëàâíûõ îñåé ïëàñòèíêè. Ïðè = íàõîäèì , òàê ÷òî ýëëèïñ îáðàùàåòñÿ â êðóã, îïèñèâàåìûé óðàâíåíèåì

.                                           (16)

 äàííîì ñëó÷àå èìååì ñâåò, ïîëÿðèçîâàííûé ïî êðóãó (êðóãîâàÿ, èëè öèðêóëÿðíàÿ  ïîëÿðèçàöèÿ).

 çàâèñèìîñòè îò îðèåíòàöèè ïëàñòèíêè â ÷åòâåðòü âîëíû ïðèîáðåòàåìàÿ ðàçíîñòü ôàç ðàâíà   èëè , ò.å. êîìïîíåíòà âäîëü îñè Ox îïåðåæàåò èëè îòñòàåò íà ïî ôàçå îò êîìïîíåíòû ïî îñè Oy .  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ðåçóëüòèðóþùèé âåêòîð âðàùàåòñÿ ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè (âëåâî) èëè ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå (âïðàâî). Ïîýòîìó ïðèíÿòî ðàçëè÷àòü ëåâóþ è ïðàâóþ ýëëèïòè÷åñêóþ èëè êðóãîâóþ ïîëÿðèçàöèè.

á) Ïëàñòèíêà òàêîâà, ÷òî ðàçíîñòü õîäà äâóõ ëó÷åé ñîñòàâëÿåò ïîëîâèíó äëèíû ñâåòîâîé âîëí (ïëàñòèíêà â ½ âîëíûè):

èëè

,                          (17)

ò.å.

  èëè  .                              (18)

 ýòîì ñëó÷àå ýëëèïñ âûðîæäàåòñÿ  â ïðÿìóþ

,                                                 (19)

ò.å. ñâåò îñòàåòñÿ ëèíåéíî- ïîëÿðèçîâàííûì, íî íàïðàâëåíèå, íî íàïðàâëåíèå êîëåáàíèé ïîâîðà÷èâàåòñÿ íà óãîë  .

â) Ïëàñòèíêà â öåëóþ äëèíó ñâåòîâîé âîëíû (ïëàñòèíêà â ):

 èëè

ò.å.   èëè  .                                                            (20)

Ýëëèïñ âûðîæäàåòñÿ â ïðÿìóþ

,                                                (21)

ò.å. ëó÷ îñòàåòñÿ ëèíåéíî- ïîëÿðèçîâàííûì áåç èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ êîëåáàíèé.

Âñå ïðåäøåñòâóþùèå ðàññóæäåíèÿ îòíîñèëèñü ê ñâåòó îïðåäåëåííîé äëèíû âîëíû, ò.å. ê íåáîëüøîìó ñïåêòðàëüíîìó èíòåðâàëó. Ïðè çíà÷èòåëüíîì ðàçíîîáðàçèè á äëèíàõ âîëí ñëåäóåò ïðèíÿòü âî âíèìàíèå, ÷òî ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèé äëÿ îáîèõ âîëí çàâèñèò îò äëèíû âîëíû (äèñïåðñèÿ), ïðè÷åì èõ ðàçíîñòü òàêæå ìåíÿåòñÿ ñ äëèíîé âîëíû.

Õàðàêòåðèñòèêè  ñîñòîÿíèÿ ïîëÿðèçàöèè ñ ïîìîùüþ ïàðàìåòðîâ Ñòîêñà.Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ýëëèïñà ïîëÿðèçàöèè íåîáõîäèìû òðè íåçàâèñèìûå âåëè÷èíû,  íàïðèìåð àìïëèòóäû a  è b   è ðàçíîñòü ôàç  d èëè ìàëàÿ è áîëüøàÿ îñè è óãîë   õàðàêòåðèçóþùèé îðèåíòàöèþ ýëëèïñà. Äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ öåëåé ñîñòîÿíèå ïîëÿðèçàöèè óäîáíî îõàðàêòåðèçîâàòü íåêîòîðûìè  ïàðàìåòðàìè, îáëàäàþùèìè îäèíàêîâîé ôèçè÷åñêîé ðàçìåðíîñòüþ; îíè áûëè ââåäåíû Ñòîêñîì.

Ïàðàìåòðàìè Ñòîêñà  äëÿ ïëîñêîé ìîíîõðîìàòè÷åñêîé âîëíû ñëóæàò ÷åòûðå âåëè÷èíû:

                                      (21)

Ëèøü òðè èç íèõ íåçàâèñèìû , ò.ê. ñïðàâåäëèâî òîæäåñòâî

                                      (22)

Î÷åâèäíî, ÷òî ïàðàìåòð  ïðîïîðöèîíàëåí èíòåíñèâíîñòè âîëíû. Ïàðàìåòðû   è  ïðîñòûì îáðàçîì ñâÿçàíû ñ óãëîì   õàðàêòåðèçóþùèì îðèåíòàöèþ ýëëèïñà , è óãëîì  , õàðàêòåðèçóþùåì ýëëèïòè÷íîñòü è íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ. Âûïîëíÿþòñÿ  ñëåäóþùèå ñîîòíîøåíèÿ:

                                  (23)

Âûðàæåíèÿ  (23) óêàçûâàþò ïðîñòîå ãåîìåòðè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèé ïîëÿðèçàöèè:   è   ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê äåêàðòîâû êîîðäèíàòû òî÷êè P  íà ñôåðå  ðàäèóñà  , ïðè÷åì  è  ÿâëÿþòñÿ ñôåðè÷åñêèìè óãëîâûìè êîîðäèíàòàìè ýòîé òî÷êè. Ò.î. , êàæäîìó âîçìîæíîìó ñîñòîÿíèþ ïîëÿðèçàöèè ïëîñêîé ìîíîõðîìàòè÷åñêîé âîëíû çàäàííîé èíòåíñèâíîñòè   ( = const) ñîîòâåòñòâóåò  îäíà òî÷êà íà ñôåðå  è íàîáîðîò. Ò.ê. óãîë  ïîëîæèòåëåí èëè îòðèöàòåëåí â çàâèñèìîñòè îò òîãî, èìååì ëè ìû äåëî ñ ïðàâîé èëè ñ ëåâîé ïîëÿðèçàöèåé, òî èç  (23) ñëåäóåò, ÷òî ïðàâàÿ ïîëÿðèçàöèÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ òî÷êàìè íà , ëåæàùèìè âûøå ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè (ïëîñêîñòè xy ), à ëåâàÿ - òî÷êàìè íà , ëåæàùèìè íèæå ýòîé ïëîñêîñòè. Äàëåå, äëÿ ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà ðàçíîñòü ôàç ðàâíà íóëþ èëè öåëîìó êðàòíîìó ; ñîãëàñíî (21) ïàðàìåòð Ñòîêñà  ðàâåí òîãäà íóëþ , òàê ÷òî ëèíåéíàÿ ïîëÿðèçàöèÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ òî÷êàìè íà ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè. Äëÿ êðóãîâîé ïîëÿðèçàöèè    è  èëè   â ñîîòâåòñòâèè ñ òåì,  èìååì ëè ìû äåëî ñ ïðàâîé èëè ëåâîé ïîëÿðèçàöèåé. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðàâàÿ êðóãîâàÿ ïîëÿðèçàöèÿ  ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñåâåðíûì ïîëþñîì (), à ëåâàÿ - þæíûì ïîëþñîì (). Òàêîå ãåîìåòðè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå ðàçëè÷íûõ ñîñòîÿíèé ïîëÿðèçàöèè òî÷êàìè íà ñôåðå áûëî ïðåäëîæåíî Ïóàíêàðå. Îíî ÷ðåçâû÷àéíî ïîëåçíî  â êðèñòàëëîîïòèêå äëÿ îïðåäåëåíèÿ âëèÿíèÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ ñðåä íà ñîñòîÿíèå ïîëÿðèçàöèè ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç íèõ ñâåòà. Ñôåðà  íàçûâàåòñÿ ñôåðîé Ïóàíêàðå .

Страницы: 1, 2, 3