Обертання площини поляризації

Обертання площини поляризації поперечної хвилі - фізичне явище, яке полягає в повороті поляризаційного вектора лінійно-поляризованої поперечної хвилі навколо її хвильового вектора при проходженні хвилі через анізотропну середу. Хвиля може бути електромагнітної, акустичної, гравітаційної і т. д.

Лінійно-поляризована поперечна хвиля може бути описана як суперпозиція двох циркулярно поляризованих хвиль з однаковим хвильовим вектором і амплітудою. В ізотропному середовищі проекції польового вектора цих двох хвиль на площину поляризації коливаються синфазно, їх сума дорівнює польовому вектору сумарної лінійно-поляризованої хвилі. Якщо фазова швидкість циркулярно поляризованих хвиль у середовищі різна (циркулярна анізотропія середовища, див. також Подвійне променезаломлення), то одна з хвиль відстає від іншого, що призводить до появи різниці фаз між коливаннями зазначених проекцій на обрану площину. Ця різниця фаз змінюється при поширенні хвилі (в однорідному середовищі - лінійно зростає). Якщо повернути площину поляризації навколо хвильового вектора на кут, рівний половині різниці фаз, то коливання проекцій польових векторів на неї будуть знову синфазних - повернена площина буде площиною поляризації в даний момент.

Обертання площини поляризації електромагнітної хвилі в плазмі при накладенні магнітного поля ( ефект Фарадея).

Таким чином, безпосередньою причиною повороту площини поляризації є набіг різниці фаз між циркулярно поляризованими складовими лінійно-поляризованої хвилі при її поширенні в циркулярно-анізотропному середовищі. Для електромагнітних коливань така середу називається оптично активної (або гіротропних), для пружних поперечних хвиль - акустично активної. Відомий також поворот площини поляризації при відбиванні від анізотропного середовища (див., наприклад, Магнітооптичний ефект Керра).

Циркулярна анізотропія середовища (і, відповідно, поворот площини поляризації розпросторюється в ній хвилі) може залежати від накладених на середу зовнішніх полів (електричного, магнітного) і від механічних напруг (див. Фотоупругость). Крім того, ступінь анізотропії і набіг фаз, взагалі кажучи, можуть залежати від довжини хвилі ( дисперсія). Кут повороту площини поляризації лінійно залежить за інших рівних умов від довжини пробігу хвилі в активному середовищі. Оптично активне середовище, що складається з суміші активних і неактивних молекул, повертає площину поляризації пропорційно концентрації оптично активної речовини, на чому заснований поляриметричними метод вимірювання концентрації таких речовин у розчинах; коефіцієнт пропорційності, що зв'язує поворот площини поляризації з довжиною променя і концентрацією речовини, називається питомою обертанням даної речовини.

У разі акустичних коливань поворот площини поляризації спостерігається лише для поперечних пружних хвиль (так як для поздовжніх хвиль площину поляризації не визначена) і, отже, може відбуватися лише в твердих тілах, але не в рідинах або газах.

Загальна теорія відносності пророкує обертання площини поляризації світлової хвилі в порожнечі при поширенні світлової хвилі в просторі з деякими типами метрики внаслідок паралельного перенесення вектора поляризації за нульовою геодезичної - траєкторії світлового променя (гравітаційний ефект Фарадея, або ефект Ритова - Скротского) [1].


1. Використання

Ефект обертання площини поляризації світла використовується

  • для визначення концентрації оптично активних речовин в розчинах (див., наприклад, Цукрометрія);
  • для дослідження механічних напруг в прозорих тілах;
  • для керування прозорістю рідкокристалічного шару в рідкокристалічних індикаторах (циркулярна анізотропія РК залежить від прикладеного електричного поля).

Примітки

  1. Rytov SM, 1938, Dokl. Acad. Sci. URSS, 18, ​​263.
    Skrotskii GV, 1957, Dokl. Akad. Sci. URSS, 114, 73.

Література

Ландсберг Г.С. Оптика. - М .: Физматлит, 2003. - 848 с.