Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988; Гинзбург В. Л., Распространение электромагнитных волн в плазме, 2 изд., М., 1967; Борн М., Нольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973.
А. А. Жаров, А. И. Смирнов.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЁТА — фнз. характеристика оп-тнч. излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, т. е. неэквивалентность разл. направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Первые указания на поперечную анизотропию светового луча былн получены в 1690 X. Гюйгенсом (Ch. Huygens) прн опытах с кристаллами исландского шпата. Понятие «П. с.» введено в оптику в 1704—06 И. Ньютоном (I. Newton). Существ, значение для понимания П. с. имело её проявление в эффектах интерференции света н, в частности, тот фаит, что два световых луча с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации непосредственно не интерферируют. П. с. нашла естеств. объяснение в эл.-магн. теории света, разработанной в 4865—73 Дж. К. Маисвеллом (J. С. Maxwell), позднее — в квантовой электродинамике.
Поперечность зл.-маги. волны лншает её осевой симметрии относительно направлення её распространения нз-за наличия выделенных направлений (вектора E —
ПОЛЯРИЗАЦИЯ
ПОЛЯРИЗАЦИЯ
напряжённости электрич. поля, вектора H — напряжённости магн. поля) в плоскости, перпендикулярной направлению волнового вектора. Состояние П. с. принято связывать с типом движения вектора Е, направление к-рого в нерелятивистском приближении определяет направление силы, действующей на заряж. частицу в поле световой волны. Полностью поляризованная световая волиа характеризуется полной скоррелирован-ностью (когерентностью) колебаний взаимно ортогональных компонент вектора Е, т. е. постоянством их амплитуд н разности фаз. Все типы П. с. можно рассмотреть на примере монохроматич. эл.-магн. волны, компоненты вектора E к-рой меняются во времени по гармония, закону, а сам вектор E совершает неизменно воспроизводимое перноднч. движение. Mонохроматич. волна, очевидно, всегда полностью поляризована. Графическк состояние ГГ. с. обычно изображают с помощью эллипса поляризации — проекции траектории конца вектора E на плоскость, перпендикулярную лучу (рис. 1). Проекц. картина полностью поляризованного света в общем случае нмеет вид эллипса с правым илн левым направлением вращения вектора E (рис. 1, б, г, <?). Такой свет наз. эллиптически поляризованным. Нанб. интерес представляют предельные случаи эллиптич. полярнзацнн — линейная, когда эллипс поляризации вырождается в отрезок прямой линни (рис. 1, а, д), определяющий положение (азимут
Рис. 1. Примеры различных поляризационных состояний светового луча при различных разностях фаз между равными взаимно ортогональными компонентами Ex и Eu.
туд и фаз компонент волны не важны, сведения о форме эллипса поляризации можно получить из комплексной величины, определяемой как отношение компонент вектора Джонса:
Х=Еуехтрі6у/Ехехуі6х={Еу/Ех)ех$і(6у—Sx).
При этом модуль X определяет отношение амплитуд компонент вектора Е, а аргумент — разность фаз этих компонент. Т. о., между разл. типами П. с. и точками комплексной плоскости существует однозначное взаимное соответствие, что позволяет рассматривать комплексную плоскость как пространство состояний П. с. Связь между комплексной величиной X и параметрами эллипса поляризации (азимутом 0 ц углом эллиптичности е) даётся выражением
X=(tg0+*tge)/(l— itg9/tge). j
На рнс. 2 изображены состояния П. с., соответст- І вующие разл. точкам комплексной плоскости Xr + iXi- I Состояния поляризации, характеризующиеся постоян- I ной разностью фаз между Ex н Ey, располагаются \
\Еу\
const
«а
-V^v
66
0) плоскости поляризации, н циркулярная (или круговая), когда эллипс полярнзацнн представляет собой окружность (рис. I, е). В первом случае свет наз. плоскополяризованным или линейно поляризованным , а во втором — право- или левоцнркулярно поляризованным в зависимости от направления обхода эллипса поляризации. П. с. принято называть правой, если вектор E совершает вращение по часовой стрелке при наблюдении навстречу световому лучу.
Для количеств, описания характера поляризации полностью поляризованного света используют величину отношения длин малой (В) н большой (Л) полуосей эллипса поляризации — эллиптичность е — BjA1 приписывая ей знак, определяемый направлением вращения вектора Е. Правополяризованному свету приписывают положительную эллиптичность, а левополяризованному свету —отрицательную. Т. о., для всех типов П. с. эллиптичность е лежит в пределах —I < е 5? I. В нек-рых случаях удобно ввести также угол эллиптичности 8, определяемый соотношением є — arctge, (—д/4 < е 5? я/4).
При аналитич. описании П. с. обычно не рассматривают временные и пространственные изменения эл.-магн. волны. Наиб, простое аналитич. описание полностью эллиптически поляризованного света осуществляется с помощью вектора Джонса, представляющего собой столбец из двух величин, определяющих комплексные амплитуды ортогональных компонент волны в данной точке пространства:
