physics.zfftt.kpi.ua

На практиці часом виникає необхідність аналізувати світло, що використовується, тобто з’ясовувати, яким воно є: поляризованим чи природнім, а якщо поляризованим, то як саме. Розглянемо, як це можна зробити в різних конкретних випадках.

Плоско поляризоване світло. Переконатися, що світло є лінійно поляризованим і визначити орієнтацію площини поляризації можна за допомогою поляризатора з відомим положенням його площини пропускання. Для цього пучок досліджуваного світла спрямовують на поляризатор і, обертаючи його навколо променів, вимірюють інтенсивність світла на виході. Якщо світло плоско поляризоване, то при положенні площини поляризатора, що співпадає з площиною поляризації променя, інтенсивність буде максимальною, а при повороті поляризатора на \(90^{\circ}\) зменшуватиметься практично до нуля, відповідно до закону Малюса (5.3).

Природнє та циркулярно поляризоване світло. Інтенсивність на виході при обертанні поляризатора навколо променя лишається сталою не лише для природного світла, а й для світла поляризованого по колу. Але ці випадки можна розрізнити, якщо перед поляризатором на шляху падаючого променя встановити пластинку в чверть хвилі. В такому разі, якщо досліджуване світло поляризоване по колу, то пластинка перетворить його на плоскополяризоване, і це буде легко встановити, обертаючи поляризатор навколо променя. Природнє ж світло, пройшовши крізь пластинку \(\lambda/4\), так і лишиться природнім. Тому при обертанні поляризатора навколо променя інтенсивність на виході змінюватися не буде.

Еліптично-поляризоване та частково-поляризоване світло. Якщо спрямувати на поляризатор еліптично-поляризоване або частково-поляризоване світло, то при обертанні навколо променя кутова залежність інтенсивності на виході буде виглядати однаково. А саме, при деякому положенні площини поляризатора вона буде максимальною \(I_{max}\), а при повороті на \(90^{\circ}\) стане мінімальною (але не нульовою) \(I_{min}\). Визначити, яким саме є дане світло, можна так само, як у випадку циркулярно поляризованого та природнього світла. Якщо пластинка \(\lambda/4\), встановлена на шляху падаючого променя, перетворює його на плоскополяризований, то досліджуване світло є еліптично-поляризованим. Натомість у випадку частково поляризованого світла пластинка не вплине на залежність інтенсивності на виході від кута повороту поляризатора навколо променя. При цьому у випадку еліптично поляризованого світла положення максимального пропускання поляризатора вкаже орієнтацію більшої осі еліпса, а інтенсивності \(I_{max}\) та \(I_{min}\) визначать відношення його осей \(E_{01}/E_{02}=\sqrt{I_{max}/I_{min}}\). У випадку частково поляризованого світла аналогічно визначаться положення площини поляризації поляризованої компоненти та, за формулою (5.4а) – ступінь поляризації досліджуваного частково поляризованого світла.

Напрям поляризації. Пластинка \(\lambda/4\) дозволяє встановити також правою чи лівою є поляризація даного еліптично- або циркулярно-поляризованого світла. Для цього на ній вказано так званий \(\beta\)-напрям - напрям коливань у промені (\(o\) чи \(e\)), що поширюється з більшою швидкістю, тож має менший показник заломлення. Розглянемо на конкретному прикладі, як це робиться.

Нехай на чвертьхвильову пластинку падає в напрямку «до нас» циркулярно поляризований промінь. Виберемо для зручності координатні осі, як показано на рис. 5.7. Тоді промінь поширюється в додатньому напрямку осі OZ і є суперпозицією двох променів \(\vec{E}_1\) і \(\vec{E}_{2}\) однакової амплітуди, які поляризовані, як розглядалось у пункті 5.3: \(\vec{E}_{1}\) у площині ХOZ,  а \(\vec{E}_{2}\) в площині YOZ. При цьому, якщо поляризація права (світловий вектор \(\vec{E}=\vec{E}_1+\vec{E}_2\) обертається для нас за годинниковою стрілкою), то складова \(\vec{E}_{2}\) у падаючому промені випереджає за фазою складову \(\vec{E}_{1}\) на \(\pi/2\). Але при поширенні в пластинці \(\lambda/4\) промінь \(\vec{E}_2\) через більшу швидкість поширення і менший показник заломлення відстане від променя \(\vec{E}_1\) на \(\pi/2\) (див. формулу (5.8)). Тому кінцева різниця фаз буде нульовою, і з пластинки вийде промінь поляризований лінійно під кутом \(\varphi_{пр}=45^{\circ}\) до осі ОХ (вздовж лінії 1 на рис. 5.7). При лівій поляризації складова \(\vec{E}_2\) у падаючому промені за фазою відстає від \(\vec{E}_1\). Тож на виході різниця фаз буде рівна \(\pi\), і промінь на виході з пластинки буде поляризований під кутом \(\varphi_{лв}=135^{\circ}\) до осі ОХ (вздовж лінії 2 на рис. 5.7). Величину кута \(\varphi\), отже й напрям колової поляризації падаючого на пластинку \(\lambda/4\) променя, визначають за допомогою поляризатора встановленого за пластинкою на шляху променя, що пройшов.

Напрям поляризації еліптично-поляризованого світла визначається так само. Але в цьому випадку \(\varphi_{пр}\ne{45}^{\circ}\) і \(\varphi_{лв}\ne{135^{\circ}}\).