пользователей: 21244
предметов: 10456
вопросов: 177505
Конспект-online
зарегистрируйся или войди через vk.com чтобы оставить конспект.
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ


Поляризация электромагнитных волн. Поляризатор. Закон Малюса

Направления электрического E и магнитного H полей в пространственной бегущей электромагнитной волне лежат в плоскости, перпендикулярной направлению движения волны.

Направления полей соответствуют «правилу буравчика»: при повороте от вектора Е, расположенного вертикально (ось Z) к вектору Hлежащему в горизонтальной плоскости (ось Y) продвижение буравчика совпадает с направлением распространения волны (вдоль оси X)

Поляризация электромагнитных волн

На рис электрическая составляющая поля во все моменты остается в вертикальной плоскости. Пространственная ориентация этой составляющей служит признаком свойства волн, называемого поляризацией. Волна, показанная в данном примере, называется вертикально поляризованной. В зависимости от способа получения волн, поляризация может быть также горизонтальной или наклонной. Если в процессе распространения волн поляризация не изменяется, то она называется линейной.

 

Волны, у которых направления электрического (E) и магнитного (H) полей сохраняются неизменными в пространстве или изменяются по определённому закону, называются поляризованными. За направление поляризации принято считать направление электрического поля E волны. Строго монохроматическое излучение всегда поляризовано. У излучения, состоящего из волн различной длины, направление колебаний вектора E результирующей волны может изменяться либо упорядоченно, либо хаотически. Излучение, у которого направление вектора E изменяется хаотически, называется неполяризованным (примером может служить естественный свет). Часто используют понятие плоскости поляризации, т. е. плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вектора E.

145.jpgДля поляризованного излучения различают: линейную поляризацию, при которой вектор электрического поля E сохраняет своё направление в пространстве; круговую поляризацию, когда вектор E вращается вокруг направления распространения волны с угловой скоростью, равной угловой частоте волны, и сохраняет при этом свою абсолютную величину; эллиптическую поляризацию, если вращение вектора электрического поля подобно вращению при круговой поляризации, но величина вектора меняется так, что его конец описывает эллипс. Эллиптическая и круговая поляризация  может быть правой (вектор E вращается по часовой стрелке, если смотреть навстречу распространяющейся волне) и левой (при вращении в противоположную сторону).

Электромагнитная волна может быть также частично поляризованной. Частичная поляризация количественно характеризуется степенью поляризации, которая для волн с частичной линейной поляризацией определяется как 
Р = (Iмакс - Iмин)/(Iмакс + Iмин) , 
где Iмакс и Iмин - наибольшая и наименьшая плотности потока электромагнитной   энергии через анализатор (поляроид, призму Николя и т.п.).

Источники электромагнитного  излучения генерируют волны различной поляризации. Тепловое излучение, генерируемое хаотически распределёнными атомами и электронами, всегда неполяризовано. Циклотронное излучение, генерируемое системой электронов, вращающихся в магнитном  поле, имеет круговую поляризацию. Синхротронное излучение одного релятивистского электрона имеет эллиптическую поляризацию, но система таких электронов даёт линейно поляризованное излучение, т. е. правые и левые вращения эллиптической поляризации  здесь складываются и компенсируют друг друга. Электрический  вектор синхротронного излучения колеблется в плоскости, перпендикулярной магнитному  полю, т.к. в этой плоскости всегда остаётся вектор ускорения электрона, движущегося в магнитном  поле. В магнитном поле энергетические  уровни атома расщепляются на различные подуровни, соответственно расщепляются и спектральные  линии (см. Зеемана эффект). Поскольку колебания электронов в магнитном  поле ориентированы определённым образом, компоненты линии оказываются поляризованными линейно, эллиптически или по кругу в зависимости от угла между полем и лучом зрения.

В космических  условиях эффект Зеемана часто настолько мал, что линии не разделяются, но тогда можно заметить различную поляризацию  правой и левой стороны профиля линии. Т.о. был обнаружен эффект Зеемана в солнечных и звёздных магнитных  полях, а также у линии21 сммежзвёздного водорода.

Состояние поляризации  меняется при распространении электромагнитного  излучения в среде. Так, неполяризованное  излучение может стать хотя бы частично поляризованным, а свет, рассеиваясь на свободных электронах, поляризоваться. Наибольшая поляризация  имеет место при рассеянии на 90o, т.к. раскачиваемый первичной (поперечной) волной свободный электрон воспринимается сбоку как колеблющийся по одной координате. При этом вектор E рассеянной электромагнитной волны лежит в плоскости, перпендикулярной волновому вектору первичной волны (т.е. вектору, определяющему направление распространения волны). Поляризация  при рассеянии света хорошо известна, направленный  рассеянный земной атмосферой свет из-за релеевского рассеяния на молекулах воздуха поляризован. Подобная поляризация  имеет место в солнечной короне и в атмосферах горячих звёзд, где относительно велика роль электронного рассеяния излучения (см. Атмосферы звезд). Очевидно, такая поляризация  максимальна на краях звёздного диска, и вектор E поляризованного излучения колеблется по касательной к диску. Для чисто электронной атмосферы максимальная  степень поляризации $approx$12%.

Свет поляризуется при рассеянии на частицах космической  пыли в туманностях, а также при рассеянии и поглощении на частицах пыли в межзвёздном пространстве. Природа этого явления, однако, другая. Частицы межзвёздной пыли обычно имеют неправильную форму (напр., удлинённую по одной оси). Они ориентируются межзвёздным магнитным  полем. Поскольку волна с направлением электрического  вектора вдоль большой оси частицы поглощается и рассеивается больше, чем волна с электрическим  вектором вдоль малой оси, то в результате проходящий через среду свет оказывается частично поляризованным. Степень поляризации  (доля поляризованного  излучения) обычно не больше нескольких  процентов.

При распространении радиоволн в плазме поляризация их меняется. Линейно поляризованное излучение состоит из равного количества фотонов с круговой поляризацией разных направлений. Поэтому каждую волну, попадающую в плазму с магнитным  полем, можно рассматривать как сумму двух волн с круговой или эллиптической  поляризацией  (но с разными направлениями вращения электрического  вектора). Эти волны распространяются с разной фазовой скоростью. По выходе из плазмы они складываются.

 

 

Поляризатором называется оптическое устройство, которое преобразует проходящий через него естественный свет в поляризованный. В зависимости от типа создаваемой поляризации поляризатор называется линейным, циркулярным или эллиптическим.

Поляризатор

Некоторые поляризаторы состоят из одного однородного слояи называются гомогенными. Другие, состоящие из нескольких различных слоев, называются негомогенными, или многослойными. Негомогенный поляризатор может одновременно принадлежать к двум различным классам в зависимости от того, какой поверхностью он обращенк падающему свету. В промышленности выпускаются циркулярные поляризаторы, состоящие из двух слоев: а) линейно поляризующий слой и б) слой, действующий как линейная фазовая пластинка (этот слой дает определенный сдвиг фаз и имеет определенную ориентацию). Если светвначале проходит сквозь слой «а», а потом сквозь слой «б», то пучок приобретает циркулярную поляризацию. Если же свет падает вначале на «б», а потом проходит сквозь «а», то вышедший пучок будет поляризован линейно. Кроме такой линейно-циркулярной комбинации, могут быть сконструированы другие двухслойные поляризаторы, обладающие двойной функцией, например, линейно-эллиптические. Используя три слоя, можно получить право- и левоциркулярную комбинацию или 0-45° линейную комбинацию.

Поляризатор с переменным направлением оси представляет собой мозаичное устройство, каждый элемент которого имеет свою ориентацию и является линейным поляризатором.

Спектрально селективный поляризатор — это поляризатор, свойства которого меняются с изменением длины волны. Если избирательность имеет место в видимой части спектра, то поляризатор называется цветным.В зависимости от того, для чего предназначен поляризатор — для регулировки оттенка или насыщенностицвета,— его называют поляризатором, меняющим оттенок, или поляризатором, меняющим насыщенность. Поляризаторы, не обладающие спектральной избирательностью, называются ахроматическими, или нейтральными.

Изменение интенсивности светового потока в зависимости от взаимной ориентации двух линейных поляризаторов

Поляризаторами пленочного типа (поляроидами) мы будем называть такие поляризаторы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с размерами их поверхности. Джонс предложил называть шпатовыми поляризаторы, сохраняющие неизменными площадь поперечного сечения, угловую расходимостьи спектральное распределение пучка.

Поляроид, помещенный между защитными пластинками из стекла или пластмассы, называется пластинчатым поляризатором.

Большинство поляризаторов могут несколько деполяризовывать пучок. Одной из наиболее часто встречающихся причин деполяризации является рассеяние, которое во многих поляризаторах довольно значительно. Кроме того, причинами деполяризации могут быть косое отражение, краевые эффекты и возникающие внутренние натяжения. “Деполяризующим поляризатором” можно назвать такой поляризатор, который, хотя и увеличиваетстепень поляризации естественного луча, но снижает степень поляризации луча, уже имеющего 100%-ную поляризацию. Деполяризующая способность большинства высококачественных поляризаторов настолько мала, что ею можно пренебречь. Многие закономерности, которым подчиняются поляризаторы, справедливы только при условии, что обусловленная ими деполяризация незначительна.

Закон Малюса

Закон Малюса

Если на анализатор падает поляризованный луч, плоскость поляризации которого составляет угол malus2.pngс плоскостью поляризации анализатора, то интенсивность прошедшего сквозь анализатора луча определяет закон Малюса.

закон Малюса :

закон Малюса,

где Io - интенсивность луча, прошедшего анализатор и поляризатор, когда их плоскости поляризации параллельны; I - интенсивность луча, выходящего из анализатора, без учета потерь в анализаторе в результате поглощения и рассеяния света.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла varphi между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

I=k_{a}I_{0}cos^2varphi;

где I_{0} — интенсивность падающего на поляризатор света, I — интенсивность света, выходящего из поляризатора, k_{a} —коэффициент пропускания поляризатора.

 

 

 

   В 1809 г. французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный впоследствии его именем. В опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из турмалина.

      Пластинки могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ (рис. 11.10).

image2139.jpg

Рис. 11.10

      Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной: image2141.png : image2143.png .

      Ни двойное лучепреломление, ни закон Малюса не нашли объяснения в рамках теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча является осью симметрии. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу, равноправны. В поперечной волне (например в волне, бегущей по резиновому жгуту) направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 11.11).

image2145.jpg

Рис. 11.11

      Из рисунка видно, что поворот щели S вызовет затухание волны.

      С помощью разложения вектора image1185.png  на составляющие по осям можно объяснить закон Малюса (рис. 11.10).

      В каждый момент времени вектор image1185.png  может быть спроектирован на две взаимно перпендикулярные оси (рис. 11.12).

image2149.jpg

Рис. 11.12

 

 


хиты: 37
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2016. All Rights Reserved. помощь