Поляризація світла. Поляроїди.

1.  Дослід з поляризації світла.

А тепер проведемо дослід, який заставив задуматися над тим чи являється світло повздовжньою хвилею. Я маю дві пластикові пластинки, вони не зовсім прозорі і частково поглинають світло. Якщо ми їх покладемо одна на одну, то вони теж пропускають світло. Однак, виявляється, що світло пройшовши крізь пластинку на зустріч нашим очам змінюється. І ці зміни світла полягають в наступному. Якщо дві пластинки повернути перпендикулярно одна до одної то вони перестають пропускати світло. Значить світло, яке проходить через першу пластинку починає проявляти якусь особливу властивість, яка проявляється, якщо ми повернемо другу пластинку на 90°. Проведемо ще раз подібний дослід. Ми маємо джерело світла та дві такі пластинки.(Спостереження аналогічні).

Давайте розглянемо, що ми спостерігали, а потім спробуємо пояснити.

Від джерела світла ми спрямовуємо світло на пластинку деякої речовини. Після проходження крізь пластинку з світлом щось відбувається. В пластинці є якийсь виділений напрямок. І якщо це світло потрапляє на другу пластинку у якої цей виділений напрямок паралельний, то світло проходить, а якщо другу пластинку повернути на 90° (виділений напрямок буде перпендикулярний), то світло пройшовши через першу пластинку, через другу не проходить.

2.  Механічна модель поляризації.

Щоб зрозуміти, що відбувається в цій ситуації давайте познайомимося з механічною схемою поляризації хвилі.

У нас є пристрій, який збуджує механічні хвилі. Цю мотузку можна заставити коливатися як завгодно. На шляху ми поставимо ось такий пристрій, але не оптичний, а механічний. Установимо решітку. До чого вона призведе? Якщо раніше ми могли збуджувати хвилі будь-якого напрямку, то тепер через решітку ми можемо здійснювати поперечні хвилі лише вертикального напрямку. А якщо ми спробуємо коливати мотузку горизонтально, то це не вийде.

Отже, ця решітка змінює у хвилі напрямок коливання (хвиля ж поперечна). Коливання у вертикальному напрямку дозволені ось цією решіткою, а коливання у горизонтальному напрямку – ні (решітка не пропускає).

А тепер візьмемо другу решітку і поставимо її на шляху поширення хвилі. Обидві решітки будуть паралельні. У вертикальному напрямку хвилі вільно проходять через обидві решітки.

А тепер повернемо одну решітку на 90° і здійснимо коливання у вертикальному напрямку. Вони проходять через першу решітку, а через другу – ні. Ми можемо здійснити коливання в горизонтальному напрямку, тоді і через першу решітку вони не пройдуть.

Отже, якщо ці виділенні напрямки паралельні, то хвилі проходять, а якщо перпендикулярні, то хвилі не проходять. І ось ці дві пластинки, які ви бачили виконують ту ж саму роль тільки на оптичному рівні.

Отже світлова хвиля являється теж поперечною, тому що повздовжня спокійно проходила б через дві перпендикулярні решітки. Те що ми з вами побачили являється доказом поперечності світлових хвиль.

Світло, яке падає на пластинку містить в собі коливання будь-яких напрямків (природне світло). В другому випадку після проходження першої пластинки зі всіх коливань залишаються лише коливання певного виділеного напрямку, але вони не проходять через другу пластинку. Друга пластинка може аналізувати світло яке пройшло через першу пластинку. Тому ці дві пластинки прийнято називати поляризатор та аналізатор.

Поляризатор – пристрій, який перетворює природне світло в поляризоване.

Аналізатор – пристрій, яким визначають поляризована хвиля, що проходить крізь нього, чи ні.

3.  Поляризоване природне світло

Що ж це за коливання? Дати відповідь на це запитання дозволив Максвелл. Його електромагнітна теорія дозволила вияснити, що світло – це не якась механічна хвиля, а це електромагнітна хвиля. Згідно теорії Максвелла електромагнітна хвиля являється поперечною і напрямок електричного вектора, вектора напруженості електричного поля це і буде напрямок цих самих коливань. Досліди показали, що будь-яка дія світла зумовлена саме електричною компонентою електромагнітної хвилі, тобто напруженістю. Вона перпендикулярна до напрямку поширення хвилі. І саме коливання одного напрямку і мають місце в світлі, яке пройшло через поляризатор.

Прикладом поляризатора чи аналізатора може бути природний кристал турмаліну, значення показника заломлення якого в різних напрямках різне. Завдяки цьому він поглинає випромінювання з коливаннями вектора напруженості одного певного напрямку, а випромінювання з коливаннями в перпендикулярному напрямку майже не поглинає. Цю властивість кристалів називають дихроїзмом.

Отже, давайте запишемо означення поляризації світла.

Поляризація світлам – це виділення з випромінювання коливань з одним визначеним напрямком вектора напруженості електричного поля.