Электрооптические и магнитооптические эффекты

ОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.
Естественный и поляризованный свет
Основное свойство электромагнитных волн - поперечность колебаний векторов напряженности электрического и магнитного полей по отношению к направлению распространения волны (рис. 1.5.1).

Рис. 1.5.1
В каждом отдельном случае (для каждого цуга волн) имеется та или иная ориентация векторов Е и Н в пространстве по отношению к распространению (направления луча). Такая асимметрия характерна только для поперечных волн. Продольная волна всегда симметрична относительно направления распространения.
Как правило, излучение естественных источников представляет собой пример электромагнитных волн со всевозможными равновероятностными ориентациями вектора Е, т. е. с неопределенным состоянием поляризации. Такой свет называют неполяризоваппым, или естественным (рис. 1.5.2, а).
Свет с преимущественным (но не исключительным) направлением колебаний вектора Е называют частично поляризованным светом (рис. 1.5.2, б).

Рис. 1.5.2
В природе существует обширный класс электромагнитных волн, в которых колебания электрического и магнитного полей совершаются в строго определенных направлениях. Такое свойство определяет состояние поляризации электромагнитной волны. Если вектор напряженности электрического поля электромагнитной волны колеблется вдоль некоторого направления в пространстве, говорят о линейной поляризации рассматриваемой электромагнитной волны (рис. 1.5.2, в). Электромагнитная волна в этом случае называется полностью поляризованной.
Из уравнений Максвелла следует существование полностью поляризованных электромагнитных волн, у которых по мере распространения волны векторы напряженности электрического и магнитного полей изменяются таким образом, что траектория их движения в плоскости, поперечной направлению распространения волны, представляет собой эллипс или окружность. В этом случае говорят соответственно об эллиптической или круговой поляризации электромагнитной волны (рис. 1.5.3).

Рис. 1.5.3Пространственную структуру эллиптически поляризованных волн поясняет рис. 1.5.4.

Рис. 1.5.4
Винтовая линия, изображенная на этом рисунке, есть геометрическое место концов вектора ?, относящихся к различным значениям z в один и тот же момент времени /. Шаг винта равен длине волны X. С изменением I эта винтовая линия, не деформируясь, перемещается со скоростью света в направлении распространения волны. При этом мы получим поле Е, вращающееся по часовой стрелке (если смотреть навстречу волне).
Как показывает опыт, реальные световые волны во многих случаях можно описывать с помощью рассмотренных выше моделей эллиптически поляризованных волн.
При распространении электромагнитной волны в реальных средах возможно превращение неполяризованных волн в полностью поляризованные и наоборот, если среда либо неоднородна, либо анизотропна. Примером такого превращения является поляризация электромагнитной волны при отражении.
Другой практически важный способ поляризации электромагнитных волн, в частности световых, представляет рассматриваемое в этой теме распространение электромагнитных волн в оптически анизотропных средах.
Естественно, что инструментом для исследования асимметрии поперечных волн может служить система, сама являющаяся асимметричной. Газ, жидкость, твердые аморфные тела изотропны.
Асимметрией обладают кристаллические тела. Их свойства могут различаться в различных направлениях. Они анизотропны. Отсюда следует, что асимметрию поперечных световых лучей можно изучать, пропуская свет через анизотропные кристаллы.
Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет, называют поляризаторами. Когда те же самые приборы используют для анализа поляризации света, их называют анализаторами. Через такие устройства проходит только та часть волны, у которой вектор Е колеблется в определенном направлении. Это направление называют главной плоскостью поляризатора (анализатора).
Пусть естественный свет падает на кристалл поляризатора Р (рис. 1.5.5).
После прохождения поляризатора он будет линейно поляризован в направлении 00 Интенсивность света при этом уменьшится наполовину. Это объясняется тем, что при случайных ориентациях вектора Е все направления равновероятны.
Если вращать поляризатор вокруг светового луча, то никаких особых изменений не произойдет. Если же на пути луча поставить еще и второй кристалл - анализатор А, то интенсивность света будет изменяться в зависимости от того, как ориентированы друг относительно друга обе пластины. Интенсивность света будет максимальна, если оси обоих кристаллов параллельны, и равна нулю, если оси перпендикулярны друг другу.

Рис. 1.5.5