Вращение плоскости поляризации света. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Наиб. известностью пользуются эффекты, связанные с вращением плоскости поляризации света, хотя аналогичные явления наблюдаются и в др. областях спектра электромагнитных волн (в частности, в СВЧ-диапазоне), а также в акустике, физике элементарных частиц и т. д.

Вращение плоскости поляризации света обычно обусловлено различием коэф. преломления среды для двух циркулярно поляризованных (по правому и левому кругу) волн (т.н. циркулярной анизотропией) и описывается в общем случае аксиальным тензором второго ранга, связывающим аксиальный вектор угла поворота

плоскости поляризации с полярным волновым вектором

. В среде, обладающей только циркулярной анизотропией, линейно поляризованная волна может быть разложена на две нормальные циркулярно поляризованные волны равной амплитуды (см. Нормальные колебания ),разность фаз между к-рыми определяет азимут плоскости поляризации суммарной волны В однородных средах, обладающих циркулярной анизотропией, угол вращения плоскости поляризации света линейно зависит от длины пути в среде. Циркулярная анизотропия может быть как естественной (спонтанной, присущей среде в невозмущённом состоянии), так и искусственной, индуцированной внеш. воздействием. Во втором случае циркулярная асимметрия может быть обусловлена асимметрией возмущающего воздействия или совокупными симметрийными свойствами среды и возмущения

Eстеств. циркулярная анизотропия (в оптике - оптическая активность в ,акустике - акустич. активность) наблюдается лишь в средах, обладающих опре-дел структурной асимметрией (в частности, в средах, лишенных центра симметрии). В жидкостях и газах соответствующей асимметрией должны обладать атомы или молекулы среды, в кристаллах циркулярная анизотропия может являться следствием структурной асимметрии кристаллич. решётки. В радиодиапазоне эффект вращения плоскости поляризации света может наблюдаться при распространении радиоволн через слой металлич. спиралей, хаотически расположенных в пространстве, но намотанных в одну сторону (напр., все спирали правые).

Естественная циркулярная анизотропия является прямым следствием дисперсии пространственной, определяемой зависимостью отклика среды не только от значения волнового поля в заданной точке, но и от его пространственных производных. Параметром, определяющим степень проявления пространственной дисперсии в эффекте вращения плоскости поляризации света, служит отношение характерного размера структурной единицы среды - атома, молекулы, элементарной ячейки кристалла и т. д.- к длине волны.

Для сред с естественной циркулярной анизотропией знак вращения плоскости поляризации света, определяемый обычно через направление распространения волны (напр., по "правилу буравчика"), не зависит от знака волнового вектора. Поэтому, в частности, инверсия направления распространения света в оптически активной среде приводит к обратной эволюции азимута плоскости поляризации при распространении света в противоположном направлении и суммарный угол вращения плоскости поляризации света после двойного прохода волны через циркулярно-анизотропную среду оказывается равным нулю (в лаб. системе координат).

Среди возмущений, приводящих к появлению индуцированной циркулярной анизотропии, наиб. важное место занимает магн. поле. Обладая симметрией аксиального вектора (кругового контура с указанным направлением вращения), магн. поле нарушает циркулярную изотропию среды, что проявляется во вращении плоскости поляризации света при распространении волны вдоль направления намагниченности (Фарадея эффект ). Знак вращения плоскости поляризации света, обусловленного магн. циркулярной анизотропией, определяется направлением приложенного магн. поля и меняется при инверсии направления распространения волны. Поэтому многократное прохождение волны через среду может использоваться для накопления угла магн. вращения плоскости поляризации света. Эта особенность применяется при создании т. н. невзаимных элементов (оптич. и микроволновых вентилей), свойства к-рых оказываются существенно различными для волн, распространяющихся в противоположных направлениях В средах, обладающих спонтанным магн. моментом (ферромагнетиках), магн. вращение плоскости поляризации света может наблюдаться и при отсутствии внеш. поля.

С симметрийной точки зрения, эффекту Фарадея аналогичен эффект вращения плоскости поляризации света в среде, подвергнутой интенсивному облучению циркулярно или эллиптически поляризованным светом (т. н. обратный Фарадея эффект), а также обнаруженный недавно эффект "вращательного увлечения эфира" - вращения плоскости поляризации света, распространяющегося во вращающейся среде.

Важной симметрийной особенностью эффектов вращения плоскости поляризации света в намагниченных и вращающихся средах является инверсия знака эффекта при операции обращения знака времени. Этот факт, на первый взгляд, накладывает запрет на возможность существования электрич. аналога подобных эффектов, т.к. полярный вектор напряженности электрич. поля нечувствителен к операции инверсии времени. Однако приложение внеш. электрич. поля к циркулярно-асимметричной среде, обладающей электропроводностью, нарушает исходную симметрию системы к операции инверсии времени и такой эффект оказывается возможным.

Следует обратить внимание, что индуцированная циркулярная анизотропия может иметь такую же симметрию, как и естеств. оптич. активность. Напр., "естеств." оптич. активность приобретают твёрдые изотропные среды, подвергнутые крутильной деформации (см. Фотоупругость ),а также изотропные среды в любых агрегатных состояниях под действием внеш. электрич. полей специальной "спиральной" конфигурации. В кристаллах определ. классов симметрии возможно возникновение или изменение оптич. активности под действием приложенного однородного электрич. поля (см. Электрогирация).

Вращение плоскости поляризации света может наблюдаться и при отражении волны от циркулярно-анизотропной среды (напр., Керра эффект магнитооптический).

Эффекты вращения плоскости поляризации света могут быть следствием не только циркулярной, но и линейной анизотропии среды. Так, вращение плоскости поляризации света наблюдается при распространении волны в линейно-дихроичной среде (см. Дихроизм ),лишённой дву-преломления, а также при прохождении волны через линейную полуволновую фазовую пластинку. В этих случаях, однако, даже для однородных сред нельзя говорить о линейной зависимости угла вращения плоскости поляризации света от длины пути в среде.

Эффекты вращения плоскости поляризации света света находят применение как в технике, так и в физ. исследованиях структуры и магн. свойств атомных и конденсир. сред. Существующие приборы для измерения углов вращения плоскости поляризации света в оптич. области спектра - поляриметры и спектрополяриметры - обладают чувствительностью ~10^-6-10^-7 град, что позволяет детектировать чрезвычайно малые различия показателей преломления среды для двух циркулярных поляризации (~10^-12) и исследовать тончайшие эффекты, приводящие к циркулярной анизотропии среды. Наиб. выразительный пример - исследования оптич. активности атомных систем, обусловленной нарушением чётности при слабых взаимодействиях.

Литература по вращению плоскости поляризации света

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.