Поляризация света

Свет является поперечной электромагнитной волной. А поперечные волны обладают способностью к поляризации. Кратко рассмотрим сущность этого явления.

Опыт с турмалином

Долгое время в физике видимый свет считался продольными колебаниями мирового эфира, аналогичным звуковой волне. Однако к началу XIX в. стало накапливаться все больше данных, противоречащих этому утверждению. Больше всего продольности световых колебаний противоречили опыты с прозрачными кристаллами некоторых веществ, встречающихся в природе.

Например, если взять пластинку минерала турмалина, то она пропускает свет приблизительно так же, как это делает стекло и другие прозрачные материалы. Но, если пропустить свет через две стеклянные пластинки, он проходит сквозь них почти без изменений. При пропускании же света через две пластинки из турмалина вторая пластинка может резко увеличить поглощение света.

Это свойство турмалина зависит от взаимного положения пластинок. Можно найти такое положение, когда свет поглощается второй пластинкой очень слабо. Но если эту пластинку повернуть на 90⁰, то пластинка полностью поглотит весь свет, прошедший сквозь первую пластинку. При этом внешний свет по-прежнему будет проходить сквозь нее.

Объяснить опыт с турмалином возможно только если допустить, что свет является поперечной волной.

Продольная волна полностью симметрична относительно вектора распространения. И поэтому препятствия, сквозь которые она проходит, могут лишь ослаблять ее, независимо от их ориентации.

Поперечная же волна — несимметрична. И если первая пластинка турмалина пропускает в горизонтальном положении поперечную волну, вектор которой изменяется вертикально, то вторая пластинка пропустит ее, только если она также пропускает волну с вертикально изменяющимся вектором. При повороте этой пластинки она не сможет пропустить такую волну.

Поляризация света

Механический аналог опыта с турмалином можно провести, если взять длинный гибкий шнур и две плоских рамки, в которых шнур может колебаться только в одной из плоскостей.

Поляризация электромагнитной волны (в том числе световой) имеет ту же природу. Вектор напряженности поля у неполяризованной волны меняется в обеих плоскостях, поперечных вектору распространения. А для поляризованной волны колебания вектора происходят только в одной плоскости.

$$tg(theta)= {n_2\over n_1}$$

Полностью теория поляризации со строгими формулами была создана в первой половине XIX в. О. Френелем.

Применение поляризованного света

Возможность гасить свет с разной поляризацией находит достаточно широкое применение.

В первую очередь можно упомянуть кристаллографию. Исследования плоскости поляризации света, прошедшего сквозь кристалл, позволяют выяснить его структуру с помощью специальных приборов.

Еще одной часто используемой возможностью являются поляризационные фильтры в фотографии и видео. Отраженный свет очень часто становится поляризованным, и его можно отсечь с помощью специальных светофильтров, избавляясь от нежелательных бликов на фотографиях. Это также позволяет увеличить контраст изображения.

Наконец, следует вспомнить системы стереокино. Свет от экрана имеет две плоскости поляризации, которые разделяются в светофильтрах очков.