Что это - поляризация света?

Если осенним безоблачным днем посмотреть в небо, то сияющий ярко-голубой купол небосвода никого не оставит равнодушным. Чем же объясняется столь удивительный цвет? Его причина заключается в трех аспектах – преломлении, рассеивании и поляризации. В сегодняшней работе речь пойдет о том, что же такое поляризация света.

Свет представляет собой одну из разновидностей электромагнитного излучения, поэтому характеризуется источником и направленностью. Кроме того, не следует забывать о его двойственной природе: в одном случае он, как уже говорилось, представляет собой волну, а в другом – частицу (фотон). Поляризация света - это одно из свойств любого излучения в оптическом диапазоне. При поляризации колебания частиц светового луча, направленных на поперечную поверхность, осуществляются в одной и той же плоскости. Другие составляющие отсекаются.

Проще всего понять на примере, что такое поляризация света. Представим длинную веревку, расположенную горизонтально между двумя точками. Веревка проходит сквозь вертикальную щель в пластине-щите. Если теперь с одного конца ее взять в руки и формировать волны, то они достигнут противоположного конца лишь в том случае, если создаются соосно со щелью в щите, т.е. вертикально. При попытке двигать веревку горизонтально (влево-вправо) волны будут погашены, едва достигнув щита, так как не «протиснутся» поперек щели. В этом примере веревка – это электромагнитное излучение, щит – прозрачная (или полупрозрачная среда), а щель – специфичное свойство среды.

Так как свет – это электромагнитная волна, то она зависит от электрического и магнитного векторов напряженности. Они всегда перпендикулярны друг к другу и, кроме того, формируют условную плоскость, перпендикулярную линии распространения самой волны. Кстати, круговая поляризация света возникает в том случае, если векторы магнитной индукции и электрического поля вращаются относительно направления луча света. В свою очередь, при колебаниях вектора напряженности электрического поля в одной и той же плоскости возникает плоскополяризованная электромагнитная волна. Ее второе название, отражающее тот же самый процесс – «линейно поляризованная».

Интересно, что излучение атомом одного-единственного кванта света всегда поляризовано. В то же время, световой поток лампочки, Солнца, свечи, фонарика и пр. неполяризован. Это объясняется тем, что излучение исходит от множества атомов, у которых поляризация различна. Соответственно, суммарный поток теряет ориентированность. Поляризация света в огромной степени зависит от особенностей вещества или расположения атомов в его кристаллической решетке (для твердых тел, например, прозрачных кристаллов). Кстати, первые опыты были произведены с кристаллами и лишь впоследствии ученые обратили внимание на газообразные среды (атмосфера). Нетрудно понять, что поляризация света также зависит от расположения наблюдателя (датчика, фотоэлемента и пр.). Таким образом, с увеличением угла между направлением света от источника и вектором, указывающим на направленность луча зрения, поляризация возрастает. Если же направления параллельны, то при идеальных условиях поляризация отсутствует.

Также существует третий вариант – частично поляризованный поток света. Данная конфигурация возникает в том случае, когда преобладают колебания электрического поля или магнитной индукции (их векторов).

Любопытный факт: глаз человека легко различает длину волны (цветовой аспект света) и интенсивность, а вот регистрация поляризации доступна косвенно. В то же время, многие насекомые с фасеточными глазами отлично различают поляризацию волны. Считается, что это помогает им ориентироваться.