Получение циркулярно поляризованного света

Краткое теоретическое введение

Свет, в котором в каждый момент времени векторы и , будучи взаимно перпендикулярны друг другу, беспорядочно ме­няют свое направление в плоскости, перпендикулярной направ­лению распространения света, называется естествен­ным. Если вектор или в световой волне колеблется только в одной плоскости, свет называется линейно или плоско поляризованным. Плоскость колебания вектора называется плоскостью поляризации.

Свет, в котором конец вектора описывает в пространстве винтовую траекторию, проекция которой на плоскость , пер­пендикулярную направлению распространения световой волны, представляет окружность, называется поляризованным по кругу или циркулярно поляризованным. Если эта фигура пред­ставляет собой эллипс, свет называется эллиптически поляризо­ванным.

Получение линейно поляризованного света и его анализ

Линейно поляризованный свет получают из естественного, с помощью устройств, которые называются поляризаторами. Эти устройства свободно пропускают колебания, параллельные плос­кости, которую называют плоскостью поляризации. Действие поляризаторов основывается на использовании либо закона Брюстера для отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных изотропных диэлектриков, либо явления двой­ного лучепреломления в одноосных анизотропных кристаллах.

Провести анализ линейно поляризованного света - значит определить положение его плоскости поляризации в пространст­ве. Для анализа линейно поляризованного света используются приспособления, которые называются анализаторами. В качест­ве анализаторов применяются те же устройства, которые служат для получения линейно поляризованного света. Интенсивность света , пропущенного анализатором, меняется в зависимости от угла между плоскостью поляризации падающего на него ли­нейно поляризованного света с плоскостью анализатора как

, (1)

где - коэффициент прозрачности анализатора; - интенсив­ность линейно поляризованного света, падающего на анализатор. Формула (1) носит название закона Малюса.

Получение циркулярно поляризованного света

Как известно из теории колебаний [1-3], то или иное со­стояние поляризации получается при совместном действии двух взаимно перпендикулярных монохроматических световых волн равной частоты, распространяющихся в одном направлении , при определенных отношениях их амплитуд и и разности фаз .

Так, циркулярно поляризованная волна получается в случае выполнения условий:

а) ;

б) ,

что соответствует оптической разности хода складывающихся волн , где - длина волны монохроматического света .

Если хотя бы одно условие нарушается, результирующая световая волна будет или эллиптически, или линейно поляризо­ванной.

Рассмотрим один из методов практического получения циркулярно поляризованного света.

Из вышеизложенного следует, что для получения цирку­лярно поляризованного света необходимо:

1) получить две взаимно перпендикулярные с одинаковыми амплитудами и монохроматические световые волны равной частоты, распространяющиеся в одном направлении ;

2) создать между этими волнами разность фаз .

Для получения двух взаимно перпендикулярных линейно поляризованных волн, распространяющихся в одном направле­нии, необходимо пропустить монохроматический линейно поля­ризованный свет с длиной волны , через плоскопараллельную пластинку толщиной , вырезанную из анизотропного кристалла таким образом, чтобы плоскость , на которую падает свет, была параллельна оптической оси кристалла. В этом случае говорят, что пла­стинка вырезана параллельно оптической оси. Линейно поля­ризованная световая волна, по­падая в тонкую пластинку, раз­бивается на две - обыкновенную и необыкновенную. Будучи линейно поляризованными, во взаим­но перпендикулярных плоскостях, эти волны, распространяясь в пластинке с различными скоростями, приобретут на выходе из нее разность фаз , между собой равную

,

где и показатели преломления, соответственно, обыкно­венной и необыкновенной волн в кристалле. Оптическая разность хода при этом равна

.

Для получения разности фаз, равной , между обыкновенной и необыкновенной волнами на выходе из пластинки необходимо, чтобы пластинка имела такую толщину , при прохождении через которую между обыкновенной и необыкновенной волнами накопилась бы разность фаз, равная (оптическая разность хода ).

Толщина пластинки определится как

.

При толщина пластинки, создающая необходимую разность фаз, будет минимальна и равна .

Кристаллическую пластинку, в которой оптическая раз­ность хода между обыкновенной и необыкновенной волнами на выходе равна , называют «пластинка » или «четвертьвол­новая пластинка».

Для получения одинаковых амплитуд у обыкновенной и необыкновенной волн, распространяющихся в кристаллической пластинке, необходимо ориентировать пластинку относительно плоскости поляризации падающего на нее линейно поляризован­ного света таким образом, чтобы плоскость поляризации падаю­щего света составляла с оптической осью пластинки угол , равный .

Упражнение 1.Получение линейно поляризованного света. Проверка закона Малюса.

Цель упражнения:ознакомиться с одним из методов по­лучения линейно поляризованного света и методом его анализа.

Задание

1. Определите азимут плоскости поляризации линейно поля­ризованного света.

2. Проведите экспериментальную проверку закона Малюса.