Введение в матричную оптику - Джеррард А.
Скачать (прямая ссылка):
7 За к. 774
194
Глава 4
Каждая из этих фигур описывает положение конца осциллирующего вектора электрического поля. Для того чтобы исследовать их геометрию, следует прежде всего исключить параметр (at из приведенной выше пары уравнений. Однако, прежде чем перейти к этой процедуре, рассмотрим некоторые промежуточные состояния светового поля между полностью когерентными и полностью некогерентными состояниями.
Существует два основных способа, с помощью которых можно получить частично когерентный свет:
а) Сначала рассмотрим лазер. В некоторых научных экспериментах полная когерентность лазерного пучка может вызвать затруднения, поскольку она дает нежелательные эффекты интерференции, дифракции или «пятнистости» поля. Обычно «квазитепловой» свет получают, посылая лазерный пучок через прибор, разрушающий когерентность, например, через быстро вращающийся стеклянный матированный рассеиватель.
б) Однако в подавляющем большинстве случаев частично когерентный свет получают, посылая некогерентный свет от обычного теплового источника через некоторую комбинацию оптических, спектральных и поляризационных фильт-
. ров.
Простейшим типом оптического фильтра является узкая диафрагма. Она ограничивает расходимость светового пучка путем весьма неэффективного процесса гашения почти всего света, который на нее падает; принтом проходит только центральная часть пучка с существенно уменьшенной величиной этандю. По такому же принципу действует спектральный фильтр. Им может быть либо кусок окрашенного стекла, либо монохроматор с призмами или решетками, либо интерференционный прибор. В любом случае он ограничивает спектр частот светового пучка только путем гашения светового потока вне узкой полосы длин волн.
Если пытаться ограничить обычный свет таким образом, чтобы получить свет, близкий по направленности и спектральной чистоте (монохроматичности) к лазерному, то в фильтрах теряется практически вся начальная энергия светового потока. До изобретения лазера свет, используемый в оптической лаборатории, мог быть либо направленным, либо монохроматическим. Оба эти качества одновременно реализовать было невозможно.
В случае когда в эксперименте требуется полностью поляризованный свет, возможна более эффективная фильтрация; поскольку исходный свет распределен всего лишь между двумя состояниями поляризации, то при фильтрации теряется всего лишь половина энергии.
Матрицы для описания состояния поляризации света 195
Один из наиболее эффективных типов поляризующих фильтров (поляризаторов) основан на использовании свойства двойного лучепреломления в одноосных кристаллах типа кальцита. Разработанные первоначально поляризаторы, такие, как призма Николя, впоследствии были заменены более совершенными типами поляризаторов, например поляризатором Глана — Фуко, которые пропускают желаемую плоскополяризованную компоненту излучения с эффективностью, ограниченной в основном потерями на отражение; другая же плоскополяризованная компонента, подлежащая гашению, устраняется практически полностью с помощью эффекта полного внутреннего отражения. Но при использовании таких призм падающий свет должен быть приблизительно коллимированным.
Столь же высоко эффективны в широком диапазоне длин волн и апертур различные типы поляризационных фильтров, выпускаемых фирмой «Поляроид корпорэйшен». Например, поляризационный фильтр этой фирмы типа HN-32 пропускает около 32% падающего на него видимого света, причем доля нежелательной компоненты поляризации составляет 1/10 000.
В лабораторной практике в любом случае для получения полностью поляризованного света удобно использовать либо лазер, либо один из рассмотренных выше типов поляризационных фильтров. Конечно, существуют и другие способы и ситуации, в которых та или другая степень поляризации света получается естественным образом, например, это происходит в тех случаях, когда свет отражается под косым углом от полированной прозрачной поверхности или рассеивается под углом ~90° ансамблем рассеивающих частиц очень малого размера. (В астрономии или в лабораторной практике может встретиться ситуация, когда свет излучается в присутствии мощных, ориентированных в пространстве электрических и магнитных полей; при этом возникает либо общая для всех длин волн степень поляризации, либо степень поляризации, сильно зависящая от длины волны.)
В большинстве этих случаев фильтрация не бывает полной и получается лишь частично поляризованный свет. В следующем параграфе будет показано, что «степень поляризации» такого светового пучка может быть описана с помощью его параметров Стокса. При анализе свет можно рассматривать как смесь двух полностью поляризованных и независимых пучков неравной интенсивности, состояния поляризаций которых взаимно ортогональны.
1.1. Плоскополяризованный свет
Представим себе теперь, что неполяризованный свет с помощью поляроида (поляризационного светофильтра) становится плоскополяризованным. Колебания вектора электрического поля
7*
196
Глава 4
происходят теперь сугубо в одном направлении в дс^-плоскости, перпендикулярно направлению распространения, Плоскость, содержащую это направление и направление распространения Qz, будем называть плоскостью колебаний '). Возникает вопрос: каким способом можно определить ориентацию этой плоскости?
