Поляризованный свет
Скалярная и векторная волновые теории света
В опытах, описанных в гл. 2—9, все плоскости, проходящие через волновую нормаль, были эквивалентными. Если, например, волновой фронт расположен в горизонтальной плоскости, то все, что можно сказать относительно световых колебаний в вертикальной плоскости, проходящей с севера на юг, в равной мере относилось и к колебаниям в вертикальной плоскости, проходящей с запада на восток. Описанные выше явления интерференции и дифракции привели к созданию волновой теории света, но величины, периодические изменения которых составляют волну, не обязательно должны быть векторными величинами. Если бы эти опыты были единственно возможными, допустимо было бы принять скалярную волновую теорию света. Теперь мы перейдем к рассмотрению экспериментов, результаты которых зависят от ориентации различных частей аппаратуры относительно той или иной плоскости, проходящей через волновую нормаль. Эти результаты нельзя понять, исходя из скалярной волновой теории, но они хорошо описываются теорией, в которой свет представляется периодическими изменениями величины, характеризуемой как численным значением, так и направлением. Световые возмущения в любой момент времени задаются тогда вектором *, определяющим как направление светового возмущения, так и его величину. В изотропном веществе этот вектор всегда лежит в плоскости волнового фронта, и луч света перпендикулярен волновому фронту. Результаты экспериментов, к описанию которых мы теперь перейдем, заставляют предположить существование двух состояний света: так называемого поляризованного света и неполяризованного света.
Мы увидим, что первый из них следует представлять вектором, величина и направление которого в данной точке пространства закономерно меняются с течением времени. Если направление светового вектора остается постоянным, а меняется во времени только его величина, то говорят о линейно поляризованном, или плоско-поляризованном, свете. Если величина вектора остается постоянной во времени, а направление его меняется так, что конец вектора описывает окружность, то свет называют поляризованным по кругу. Иногда меняются как величина, так и направление вектора, причем его конец описывает эллипс. Тогда говорят об эллиптически поляризованном свете.
Пучок неполяризованного света можно рассматривать как «смесь» двух пучков, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и не обладающих постоянным соотношением фаз (см. §§ 12.17 и 12.31). Изменение направления суммарного светового вектора обеих волн не связано сколько-нибудь регулярным образом с изменением его величины. Большая часть поляризационных явлений сопровождается дисперсией (т. е. они изменяются с длиной волны света). Некоторые эффекты, обусловленные дисперсией, рассмотрены в §§ 12.38—12.44. В начале настоящей главы мы будем предполагать, что свет монохроматичен.