Отражение поляризованного света

[zcorvid]

К сожалению я недостаточно хорошо знаю теоретическую физику (изучаю сейчас, заполняя пробелы, оставшиеся после ВУЗа), и поэтому возникли сложности при объяснении результатов одного эксперимента с поляризационными фильтрами.

А именно, есть два фильтра, один пропускает одну поляризацию, другой другую (это конечно не 100%, просто я решил что это так, потому что эти фильтры это попросту глазницы 3D очков), я посмотрел сквозь один из окуляров в зеркало, и увидел, что затенился тот окуляр, сквозь который я смотрел, хотя я ожидал, что затенится другой (моя логика была такова: свет прошёл от лица сквозь окуляр, поляризовался, скажем, горизонтально, затем отразился и прошёл сквозь тот же окуляр без изменения, и сквозь другой оказался полностью отфильтрован, в итоге я ожидал, что окуляр, через который я смотрел, будет в отражении выглядеть нормально - прозрачным, а другой затенится).

Я решил, что, возможно, отражение изменило поляризацию на противоположную, чтобы это проверить я провёл другой эксперимент. То же самое, но отражение я сначала отразил от другого зеркала, и лишь потом отправил в главный окуляр, если моя догадка верна (и отражение от зеркала меняет поляризацию на противоположную), то после двойного отражения затенённым должен был выглядеть другой окуляр (а тот, через который я смотрел, должен остаться прозрачным). Ровно это и произошло (я учёл, что право и лево поменялись местами, тут точно не ошибся). На основании этого я сделал вывод, что свет, отражаясь от зеркала, меняет свою поляризацию.

Сегодня обсудил эти результаты с одним человеком, он утверждает, что я ошибся, и что свет отражается в той же поляризации, однако результаты эксперимента он объяснить не смог.

Конечно, я постараюсь найти соответствующие главы в каком-нибудь классическом курсе физики (начну со школьного, но скорее всего придётся забраться в Фейнмана или Ландау Лифшица), может кто-нибудь сразу подскажет - мои выводы верны? Или мой оппонент всё же прав, и я где-то допустил ошибку в рассуждениях (несмотря на то, что предсказанный результат эксперимента подтвердился)?

PS. Возможно, ошибся с местом размещения темы, решил, что тут наиболее подходящее место, но если не прав - прошу перенести.

[realeugene]

В таких очках используется круговая поляризация. При отражении она меняется на противоположную, в отличие от линейной поляризации.

[zcorvid]

realeugene в сообщении #1376914 писал(а):

В таких очках используется круговая поляризация. При отражении она меняется на противоположную, в отличие от линейной поляризации.

А как круговая поляризация может быть изменена на противоположную? Я думал что поляризация полностью определяется двумя числами, полуоси эллипса, если одно из них ноль, это линейная поляризация, пара $\{\lambda_1, \lambda_2\}$ полностью определяет поляризацию (скорее всего эти два числа могут быть получены как главные числа двумерной квадратичной формы, но я пока не разобрался, как именно её правильно получать, в Ландау Лифшице по этому поводу что-то не очень внятное сказано, надо подробней разбирать). Я считал, что изменение поляризации на противоположную это превращение: $\{\lambda_1, \lambda_2\} \longleftrightarrow \{\lambda_2, \lambda_1\}$ , а круговая поляризация это когда собственные числа равны: $\lambda_1 = \lambda_2$ , и изменение поляризации на неё никак не должно повлиять.

[realeugene]

zcorvid в сообщении #1376929 писал(а):

А как круговая поляризация может быть изменена на противоположную?

Обращением направления распространения луча. Поле вращается в ту же сторону относительно оси, но волна летит теперь в обратную сторону.

Поляризация плоской гармонической волны - это два комплексных числа. Гармоническое электромагнитное поле можно разложить по волновым векторам, при этом, для каждого волнового вектора в разложении получится свой поляризационный вектор - элемент своего двумерного комплексного векторного пространства. У вас плоская волна, но есть два волновых вектора: "туда" и "обратно", для них поляризации связаны законами отражения, но это не одно и то же пространство поляризаций. В случае негармонических полей (немонохроматического света, например) про определённую поляризацию плоской волны можно рассуждать только в некоторых случаях линейной поляризации. Или же для каждой частоты отдельно.

[Munin]

zcorvid в сообщении #1376929 писал(а):

Я думал что поляризация полностью определяется двумя числами, полуоси эллипса

На самом деле, тремя - ещё угол поворота эллипса. Часто используются параметры Стокса. В принципе, они эквивалентны двум комплексным числам, о которых говорит realeugene, если эти два комплексных числа связаны ещё одним соотношением (например, первое из них выбрано действительным).

[realeugene]

Munin в сообщении #1376957 писал(а):

В принципе, они эквивалентны двум комплексным числам, о которых говорит realeugene, если эти два комплексных числа связаны ещё одним соотношением (например, первое из них выбрано действительным).

Я имею в виду другое.
Вектор в двумерном комплексном векторном пространстве - это и есть амплитуда плоской электромагнитной волны вдоль заданного волнового вектора. Эта амплитуда состоит из четырёх независимых действительных чисел и линейна по полю, в отличие от других поляризационных параметров. В ней кроме собственно поляризации закодирована интенсивность и фаза проекций на два комплексных базисных вектора, которые можно выбирать произвольно. Эти базисные поляризационные вектора должны быть существенно комплексными, так как круговая поляризация волны отличается от наклонной линейной только фазой компонент своего вектора.

Параметры Стокса позволяют работать статистически с некогерентным светом, но они нелинейны по полю, насколько я понимаю.

[rascas]

zcorvid в сообщении #1376912 писал(а):

я посмотрел сквозь один из окуляров в зеркало, и увидел, что затенился тот окуляр, сквозь который я смотрел, хотя я ожидал, что затенится другой

Уважаемые господа теоретики
Вот на ночь глядя провёл эксперимент.
Взял два поляризационных фильтра, расположил плоскости поляризации фильтров перпендикулярно, прислонил фильтры к глазам, закрыл один глаз.
И в отражении от обычного зеркала увидел открытый свой глаз, а фильтр приложенный к закрытому глазу видится тёмным и соответственно закрытый глаз я не вижу.

zcorvid в сообщении #1376912 писал(а):

возможно, отражение изменило поляризацию на противоположную,

Так что zcorvid что то не то вам рассказывает. Отражение от обычного зеркала не поворачивает плоскость поляризации.

[realeugene]

rascas в сообщении #1377023 писал(а):

Отражение от обычного зеркала не поворачивает плоскость поляризации.

Поляризационные фильтры бывают разными. Вы взяли другого типа.

-- 18.02.2019, 23:46 --

zcorvid
Кстати, некоторые поляризационные фильтры преобразуют круговую поляризацию с одной стороны в линейную с другой стороны. Вероятно, очки из кинотеатра именно такие. С такими фильтрами эффект должен измениться, если смотреть на зеркало через очки в обратную сторону

[Gleb1964]

realeugene в сообщении #1377027 писал(а):

Поляризационные фильтры бывают разными. Вы взяли другого типа.

Круговую поляризацию получают за счет комбинации линейного поляризатора с четвертьволновой пластинкой, ориентированной под углом 45 градусов к поляризатору. У четвертьволновой пластинки есть два взаимноперпендикулярных направления, в которых разность фаз составляет четверть волны, или $ \pi /2 $. В зависимости от того, в каком напралении повернута четвертьволновая пластинка относительно линейного поляризатора, на выходе будет или правая, или левая круговая поляризация. Если угол будет отличаться от 45 градусов, будет эллиптическая поляризация.
В обратном ходе такой комбинированный фильтр будет преобразовывать циркулярно поляризованный свет в линейно поляризованный.

[rascas]

Gleb1964 в сообщении #1377097 писал(а):

В зависимости от того, в каком напралении повернута четвертьволновая пластинка относительно линейного поляризатора, на выходе будет или правая, или левая круговая поляризация.

Gleb1964 в сообщении #1377097 писал(а):

В обратном ходе такой комбинированный фильтр будет преобразовывать циркулярно поляризованный свет в линейно поляризованный.

И обычное зеркало меняет направление циркуляционной (круговой) поляризации света на противоположное (например: лево-поляризованный свет становится право-поляризованным и наоборот).

[realeugene]

Gleb1964 в сообщении #1377097 писал(а):

Круговую поляризацию получают за счет комбинации линейного поляризатора с четвертьволновой пластинкой, ориентированной под углом 45 градусов к поляризатору.

Если углубляться в технические детали - то да. Но такой бутерброд всё равно называют в быту "поляризационным фильтром". Хорошие фильтры для фотоаппаратов-зеркалок именно такие.

[Gleb1964]

rascas в сообщении #1377100 писал(а):

Gleb1964 в сообщении #1377097 писал(а):

В зависимости от того, в каком напралении повернута четвертьволновая пластинка относительно линейного поляризатора, на выходе будет или правая, или левая круговая поляризация.

И обычное зеркало меняет направление циркуляционной (круговой) поляризации света на противоположное (например: лево-поляризованный свет становится право-поляризованным и наоборот).

Нет, отражение от зеркала не меняет направление круговой поляризации, во всяком случае если использовать стандартное определение этого направления. Если свет был закручен против часовой стрелки, как на рисунке выше, так он и останется закрученным, если смотреть по ходу распространения.

[realeugene]

Gleb1964 в сообщении #1377107 писал(а):

Нет, отражение от зеркала не меняет направление круговой поляризации, во всяком случае если использовать стандартное определение этого направления. Если свет был закручен против часовой стрелки, как на рисунке выше, так он и останется закрученным, если смотреть по ходу распространения.

Только уже по часовой стрелке, если смотреть по ходу распространения. Но на рисунке он закручен по ходу часовой стрелки, отразившийся будет закручен против.

[rascas]

Gleb1964 в сообщении #1377107 писал(а):

если смотреть по ходу распространения

В том то и дело что при отражении "ход распространения света" меняется на противоположный. Сначала свет шёл по направлению к зеркалу а после отражения в обратную сторону. (И "правый винт" после отражения стал "левым винтом")

[Gleb1964]

realeugene в сообщении #1377108 писал(а):

Gleb1964 в сообщении #1377107 писал(а):

Нет, отражение от зеркала не меняет направление круговой поляризации, во всяком случае если использовать стандартное определение этого направления. Если свет был закручен против часовой стрелки, как на рисунке выше, так он и останется закрученным, если смотреть по ходу распространения.

Только уже по часовой стрелке, если смотреть по ходу распространения. Но на рисунке он закручен по ходу часовой стрелки, отразившийся будет закручен против.

Неверно. Циркулярно поляризованный свет представляет собой комбинацию двух взаимноперпендикулярных линейных поляризаций со сдвигом фазы между ними. После отражения от зеркала, поскольку оптическая длина хода одинакова для обоих поляризаций, сдвиг фазы сохраниться. Поэтому направление закрутки света не измениться. Точно так же, как оно не меняется от того, что мы смотрим вслед волне или навстречу волне.