4.1.1. Електромагнітні хвилі є прикладом поперечних хвиль.

Це означає, що напрям коливань вектора напруженості електричного поля , напрям коливань вектора індукції магнітного поля й напрям поширення електромагнітної хвилі є взаємно перпендикулярними (мал.

Мал. 4.1.1. Плоско поляризована світлова хвиля

Макроскопічні джерела світла складаються з великої кількості елементарних випромінювачів, які випромінюють хвилі незалежно один від одного. При цьому орієнтація в просторі векторів і хвилі, яка є результатом накладання хвиль елементарних випромінювачів, є рівно ймовірною в будь-який момент часу.

Крім природного світла існує ще поляризоване світло, коли напрямки коливань векторів і або зафіксовані в просторі, або змінюються за певним законом. Поляризоване світло одержують наступними способами: під час відбивання або заломлення природного світла на межі поділу двох ді-електриків; під час проходження світла анізотропною прозорою речовиною; під час розсіювання світла.

Розрізняють три види поляризованого світла: плоско поляризоване, еліптично поляризоване і частково поляризоване.

Пристрої, які використовують для одержання поляризованого світла, називають поляризаторами. Ті самі поляризатори, які використовують для аналізу поляризованого світла, називають аналізаторами. Відповідно до різних способів одержання поляризованого світла існують різні за принципом дії поляризатори (аналізатори), будову яких буде подано в питанні 4.1.4. Зараз розглянемо загальний принцип дії поляризатора. Поляризатор повністю пропускає світло з напрямком коливань вектора , який співпадає з деякою площиною – площиною поляризатора й зовсім не пропускає світла з напрямком коливань вектора , який перпендикулярний до цієї площини. Умовно таку площину можна уявити ніби щілину, що знаходиться посередині непрозорого екрану.

Нехай плоско поляризоване світло з амплітудою проходить крізь аналізатор (мал. 4.1.3). Якщо кут між площиною поляризації хвилі й площиною аналізатора дорівнює , то світло з амплітудою пропускається аналізатором, а світло з амплітудою аналізатора не проходить. Оскільки інтенсивність світла пропорційна квадрату напруженості електричного поля світлової хвилі ~ то інтенсивність світла, що виходить з аналізатора, визначається співвідношенням:

, (4.1.1)

де – інтенсивність світла, що падає на аналізатор. Рівняння (4.1.1) називають законом Малюса, який був відкритий французьким фізиком Малюсом у 1809 р.

Розглянемо проходження природним світлом системи поляризатор – аналізатор (мал. 4.1.4) та застосуємо закон Малюса окремо до поляризатора й до аналізатора. Якщо на поляризатор падає природне світло, то значення кута є рівно ймовірними, тому в законі Малюса слід використати усереднене значення . Після поляризатора природне світло перетворюється на плоско поляризоване. Якщо інтенсивність цього світла позначити через , то закон Малюса для поляризатора матиме вигляд:

, (4.1.2)

де – інтенсивність природного світла. Отже, поляризатор зменшує інтенсивність природного світла вдвічі. Під час обертання поляризатора навколо осі, що співпадає з напрямком поширення світла, інтенсивність плоско поляризованої хвилі не змінюватиметься, змінюється лише орієнтація її площини поляризації в просторі.

Мал. 4.1.4. Проходження природним світлом системи поляризатор – аналізатор

Згідно закону Малюса інтенсивність світла, що проходить аналізатором, визначається формулою (4.1.1). Враховуючи формулу (4.1.2), закон Малюса для системи поляризатор – аналізатор набуває вигляду:

, (4.1.3)

де – кут між площинами поляризатора та аналізатора. Коли площини поляризатора і аналізатора паралельні (), то система поляризатор – аналізатор пропускає плоско поляризоване світло максимальної інтенсивності , тому що . Коли площини поляризатора і аналізатора взаємно перпендикулярні () або схрещені, то природне світло через систему поляризатор – аналізатор не проходить , тому що .