Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Большая Советская Энциклопедия

Эксперименты подтверждают теоретический вывод о том, что каждый фотон, поляризованный по кругу, обладает моментом количества движения

= h /2p (см. Оптическая ориентация , Садовского эффект ). Характер поляризации фотонов определяется законом сохранения момента количества движения системы элементарный излучатель — испущенный фотон (при условии, что взаимодействием отдельных излучателей между собой можно пренебречь).

Кроме особенностей элементарных актов излучения, к частичной (а иногда и полной) П. с. приводит множество физических процессов. К ним относятся, например, отражение света и преломление света , при которых П. с. обусловлена различием оптических характеристик границы раздела двух сред для компонент светового пучка, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости падения (см. Брюстера закон ). Свет может поляризоваться при прохождении через среды, обладающие естественной или вызванной внешними воздействиями (индуцированной) оптической

анизотропией (вследствие неодинаковости коэффициентов поглощения света при различных состояниях П. с., например при правой и левой круговых П. с. — т. н. круговой дихроизм, являющийся частным случаем плеохроизма ; вследствие различия преломления показателей среды для лучей различных линейных поляризаций — двойного лучепреломления , см. также Кристаллооптика ). Очень часто полностью поляризовано излучение лазеров ; одной из основных (но не единственной!) причин П. с. в лазерах является специфический характер вынужденного излучения , при котором поляризации испускаемого фотона и фотона, вызвавшего акт испускания, абсолютно тождественны; т. о. при лавинообразном умножении числа испускаемых фотонов в лазерном импульсе их поляризации могут быть совершенно одинаковыми. П. с. возникает при резонансном излучении в парах, жидкостях и твёрдых телах. П. с. при рассеянии света столь характерна, что её исследование — один из основных способов изучения как особенностей и условий самого рассеяния, так и свойств рассеивающих центров, в частности их структуры и взаимодействия между собой (см., например, Атмосферная оптика , Комбинационное рассеяние света ,Поляризация небесного свода ). (При рассеянии поляризованного света происходит и его деполяризация — уменьшение степени П. с.) В определённых условиях сильно поляризовано люминесцентное свечение (см. Люминесценция ), особенно при возбуждении его поляризованным светом. П. с. весьма чувствительна к величине напряжённости и ориентации электрических и магнитных полей; в сильных полях компоненты, на которые расщепляются спектральные линии испускания, поглощения и люминесценции газообразных и конденсированных систем , оказываются поляризованными (см. Зеемана эффект . Магнитооптика , Штарка эффект ).

Одним из эффектов интерференции поляризованных лучей света является хроматическая П. с.

Характерная для всех интерференционных явлений зависимость от длины волны («цвета») излучения приводит при этой «П. с.» (как показывает само название) к окрашиванию интерференционной картины, если исходный поток был белым светом . Обычная схема получения картины хроматической П. с. в параллельных лучах приведена на рис. 3 . В зависимости от разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей, приобретаемой в двулучепреломляющей пластинке, наблюдатель видит эту пластинку (в свете, выходящем из анализатора) тёмной или светлой в монохроматическом свете либо окрашенной — в белом. Если пластинка неоднородна по толщине или по показателю преломления, её участки, в которых эти параметры одинаковы, видны соответственно одинаково тёмными или светлыми либо одинаково окрашенными. Линии одинаковой цветности называют изохромами. Схема для наблюдения хроматической П. с. в сходящихся лучах показана на рис. 4 , а получаемые при этом картины — на рис. 5 .

На многих из перечисленных явлений основаны принципы действия разнообразных поляризационных приборов , с помощью которых не только анализируют состояние П. с., испускаемого внешними источниками, но и получают требуемую П. с. и преобразуют одни её виды в другие.

Особенности взаимодействия поляризованного света с веществом обусловили его исключительно широкое применение в научных исследованиях кристаллохимической и магнитной структуры твёрдых тел, строения биологических объектов (например, поляризационная микроскопия, см. Микроскоп ), состояний элементарных излучателей и их отдельных центров, ответственных за квантовые переходы , для получения информации о чрезвычайно удалённых (в частности, астрофизических) объектах. Вообще, П. с. как существенно анизотропное свойство излучения позволяет изучать все виды анизотропии вещества — поведение газообразных, жидких и твёрдых тел в полях анизотропных возмущений (механических, звуковых, электрических, магнитных, световых), в кристаллооптике — структуру кристаллов (в подавляющем большинстве — оптически анизотропных), в технике (например, в машиностроении) — упругие напряжения в конструкциях (см. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений) и т.д. Изучение П. с., испускаемого или рассеиваемого плазмой , играет важную роль в диагностике плазмы . Взаимодействие поляризованного света с веществом может приводить к оптической ориентации или т. н. выстраиванию атомов, генерации мощного поляризованного излучения в лазерах и пр. Напротив, исследование деполяризации света при фотолюминесценции даёт сведения о взаимодействии поглощающих и излучающих центров в частицах вещества, при рассеянии света — ценные данные о структуре и свойствах рассеивающих молекул или иных частиц, в др. случаях — о протекании фазовых переходов и т.д. П. с. широко используется в технике, например при необходимости плавной регулировки интенсивности светового пучка (см. Малюса закон ), для усиления контраста и устранения световых бликов в фотографии , при создании светофильтров , модуляторов излучения (см. Модуляция света ), служащих одними из основных элементов систем оптической локации и оптической связи , для изучения протекания химических реакций, строения молекул, определения концентраций растворов (см. Поляриметрия , Сахариметрия ) и мн. др. П. с. играет заметную роль в живой природе. Многие живые существа способны чувствовать П. с., а некоторые насекомые (пчёлы, муравьи) ориентируются в пространстве по поляризованному (в результате рассеяния в атмосфере) свечению голубого неба. При определённых условиях к П. с. становится чувствительным и человеческий глаз (т. н. явление Хайдингера).

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Шерклифф У., Поляризованный свет, пер. с англ., М., 1965; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Феофилов П. П., Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969.

В. С. Запасский.

Рис. 2. Примеры различных поляризаций светового луча (траекторий конца электрического вектора Е в какой-либо одной точке луча) при различных разностях фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Е_х и Е_у . Плоскость рисунков перпендикулярна направлению распространения света: а и д — линейные поляризации; в — правая круговая поляризация; б, г и е — эллиптические поляризации различной ориентации. Приведённые рисунки соответствуют положительным разностям фаз d (опережению вертикальных колебаний по сравнению с горизонтальными). l — длина волны света.

Рис. 5а. Интерференционные картины хроматической поляризации в сходящихся лучах при условии, что оптические оси анализатора и поляризатора скрещены (N₁ ^N₂ , см. рис. 4). Cрез кристаллической пластинки К перпендикулярен её оптической оси. Если падающий на анализатор свет — белый, картины приобретают сложную характерную окраску.

Рис. 5б. Интерференционные картины хроматической поляризации в сходящихся лучах при условии, что оптические оси анализатора и поляризатора скрещены (N₁ ^N₂ , см. рис. 4). Срез параллелен оптической оси. Если падающий на анализатор свет — белый, картины приобретают сложную характерную окраску.

Рис. 4. Схема для наблюдения хроматической поляризации в сходящихся лучах. N₁ — поляризатор, N₂ — анализатор; К — пластинка толщиной l, вырезанная из одноосного двулучепреломляющего кристалла параллельно его оптической оси; L₁ , L₂ — линзы. Лучи разного наклона проходят в К разные пути, приобретая разности хода (различные для обыкновенного и необыкновенного лучей). По выходе из анализатора они интерферируют, давая характерные интерференционные картины, показанные на рис. 5.

Рис. 3. Схема наблюдения интерференции поляризованных лучей (хроматической поляризации) в параллельном световом потоке. Поляризатор N₁ пропускает лишь одну линейно поляризованную (в направлении N₁ N₁ ) составляющую исходного пучка. В пластинке К, вырезанной из двулучепреломляющего одноосного кристалла параллельно его оптической оси ОО и установленной перпендикулярно пучку, плоскополяризованный луч разделяется на составляющую А_е с колебаниями электрического вектора, параллельными ОО (необыкновенный луч), и составляющую А_о , колебания электрического вектора которой перпендикулярны ОО (обыкновенный луч). Показатели преломления материала пластинки К для этих двух лучей (n_e и n_o ) различны, а следовательно, различны скорости их распространения в К, вследствие чего эти лучи, распространяясь по одному направлению, приобретают разность хода. Разность фаз их колебаний при выходе из К равна d = (¹ / _l ) x2 pl(n_о — n_e ), где l — толщина К, l — длина волны падающего света. Анализатор N₂ пропускает из каждого луча только его слагающую с колебаниями, лежащими в плоскости его главного сечения N₂ N₂ . Если N₁ ^N₂ (оптические оси анализатора и поляризатора скрещены), амплитуды слагающих А₁ и А₂ равны, а разность их фаз D = d + p. Они когерентны и интерферируют между собой. В зависимости от величины D на каком-либо участке пластинки К наблюдатель увидит этот участок тёмным [D = (2k+ 1) p, k — целое число] или светлым (D = 2kp) в монохроматическом свете и окрашенным — в белом свете.

Рис. 1. Колебания проекций электрического вектора Е световой волны на взаимно перпендикулярные оси х и у (z — направление распространения волны, перпендикулярное как х, так и у), б и в — моментальные изображения колебаний и соответствующей огибающей концов полного вектора Е в разных точках волны для случая, когда вертикальные (по оси х) колебания на четверть периода (90° ) опережают горизонтальные (по оси у). В каждой одной точке конец Е в этом случае описывает окружность. Стрелки на в нанесены лишь для того, чтобы яснее показать вид правого винта. Винтовая поверхность отнюдь не вращается вокруг z при прохождении волны. Напротив, следует представлять, что вся винтовая поверхность как целое, не вращаясь, переносится вдоль z со скоростью волны.

Поляризация частиц

Поляриза'ция части'ц , характеристика состояния частиц, связанная с наличием у них собственного момента количества движения — спина . Понятие П. ч. близко к понятию поляризации света . Последнее означает, в частности, что плоские световые волны с определёнными частотой, направлением распространения и интенсивностью могут отличаться расположением векторов напряжённостей электрического и магнитного полей в пространстве, т. е. поляризацией. Это свойство сохраняется и при квантовом описании света: фотон может обладать поляризацией.