Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

окраски световой волны не может быть распознана органами чувств, а исследуется специальными приборами - поляризаторами.

Излучение обычных источников света не поляризовано.

направлению распространения ( E k ), равновероятны, и име-

ет место осевая симметрия неполяризованного света (рис.6.15). По классическим представлениям излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых его возбужденными атомами. Каждое излучение атома представляет цуг длительностью порядка 10-8 с и длины в среднем 3 м. Излучив, атом переходит в стационарное состояние, а затем вновь через некоторое время

возбуждается и опять излучает. Одновременно излучает мно-

r

жество атомов. Направление колебаний векторов E (и B ) в каждом цуге ориентированно случайным образом. Наложен-

ные друг на друга цуги и представляют световую волну, коле-

бание вектора E в которой в разных направлениях равновероятно.

Поляризованной называют волну, в которой направле-

ние колебаний вектора E упорядоченно каким-либо образом.

Если колебания вектора E происходят неизменно в данной

плоскости, проходящей через луч (через волновой вектор k ),

то такую волну называют плоско или линейно поляризованной

(рис.6.16). Плоскость, проходящую через k , в которой колеб-

лется вектор E , называют плоскостью поляризации.

Другим, общим, видом поляризации является эллипти-

ческая, в которой вектор E в процессе распространения элек-

тромагнитной волны вращается вокруг направления вектора

k , описывая своим концом в пространстве эллиптическую

спираль. Говорят, что такая волна эллиптически поляризован-

ная, частный случай: конец вектора E в проекции на плос-

332

кость, перпендикулярную k , описывает окружность — волна

поляризована по кругу — поляризация круговая. Наглядно си-

туацию можно представить так (рис.6.16, k направлен на нас):

в плоскости, перпендикулярной направлению распростране-

ния, конец вектора E электромагнитной волны, спроектированный на эту плоскость, оставит след — поляризационную

диаграмму — в форме эллипса. Действительно, математически

электрический вектор световой волны E(z,t) в любой момент

времени может быть представлен суммой двух волн одинаковой частоты с ортогональными направлениями линейных поляризаций:

где E0 x и E0 y — действительные амплитуды волны.

333

Исключая из этих выражений фазу ( kz t ), получаем уравнение эллипса. Необходимо отметить (это особенно важно

для магнитооптики), что решение предполагает два направле-

ния обхода эллипса вектором E . Если смотреть навстречу све-

товому лучу, распространяющемуся по k , видно, что враще-

ние вектора E происходит по часовой стрелке — это правопо-

ляризованный свет (+) (рис. 6.17). Если вращение E против часовой стрелки, то свет — левополяризованный (–). В поляризационной диаграмме есть два наиболее часто употребляемых параметра: угол эллиптичности и коэффициент эллиптичности. Первый определяется как угол между главной осью эллипса (наибольшая ось) и диагональю прямоугольника, описанно-

го вокруг эллипса. отсчитывают в том же направлении, в ко-

тором вращается вектор E (для рис. 6.16 имеем знак «плюс»). Второй - определяют как отношение малой полуоси эллипса поляризации к большой: = tg .

На рис. 6.17 изображены различные встречающиеся в кристаллооптике и магнитооптике виды поляризации света:

линейно поляризованный свет (рис. 6.17, в и г); = 2 - цирку-

334

лярно поляризованный (рис. 6.17, а и е); 0 < < 2 - эллипти-

ческая поляризация (рис. 6.17, б и д). Право- и левополяризованная волны по-разному взаимодействуют с кристаллическим твердым телом или намагниченным веществом, и это проявляется в различии и фазовых скоростей v+ и v-, и показателей преломления n+ и n-, и показателей поглощения k+ и k-.

Прошедшая через кристаллическую или намагниченную пластинку одна из компонент световой волны может оказаться сдвинутой по фазе относительно другой на угол . В зависимости от разности фаз свет на выходе из пластинки будет в общем случае эллиптически поляризованным, а в частных случаях, когда m (m – целое число) — линейно поляризо-

ванным, и когда m 2 — поляризованным циркулярно. При

взаимодействии с магнитоупорядоченным или намагниченным веществом света, как при прохождении через вещество, так и при отражении веществом, поляризационные характеристики света изменяются и, т.о., в провзаимодействовавшем излучении будет содержаться информация о параметрах вещества, о магнитных и электрических взаимодействиях, его магнитной и электронной структурах. Поэтому, говоря о магнитооптике намагниченного вещества, подразумевают не только его магнитооптические свойства, но и многие другие физические свойства.

Линейно поляризованный свет выделяется из естественного с помощью устройств, называемых поляризаторами (поляризационная призма Николя, всевозможные двоякопреломляющие призмы, например Рошона, Франка–Риттера, Волластона и др., дихроичные пластинки (поляроиды) и др). В основе действия поляризаторов лежат различные физические принципы, — а именно, используются явления отражения, преломления и прохождения естественного света через дву-

335