Анализ поляризованного света 

I. P-поляризованный и S-поляризованный свет — это два типа линейно поляризованного света, определяемые на основе ориентации поляризации света относительно плоскости падения (т. е. плоскости, образованной падающим лучем света и нормалью к границе раздела).
Подробное объяснение
1. Ключевая ссылка: плоскость падения
Сначала представьте себе луч света, падающий под углом на границу раздела между двумя средами (например, из воздуха в стекло).
Падающий луч и нормаль к границе раздела (линия, перпендикулярная границе раздела) образуют плоскость, известную как «плоскость падения».
2. Определение P-поляризованного и S-поляризованного света
P-поляризованный свет: полное название — параллельно-поляризованный свет.
Направление поляризации: его электрический вектор параллелен плоскости падения.
Мнемоника: P = Parallel (параллельный).

S-поляризованный свет: полное название — Senkrecht-polarised light (перпендикулярно поляризованный свет). «Senkrecht» в переводе с немецкого означает «перпендикулярный».
Направление поляризации: его электрический вектор перпендикулярен плоскости падения.
Мнемоника: S = Senkrecht / Perpendicular.
Визуализация: вытяните правую руку. Большой палец представляет направление распространения света, а остальные четыре пальца указывают направление колебания электрического вектора. Если колебание происходит «вверх и вниз» в плоскости, определяемой большим пальцем и нормальной линией, это P-поляризованный свет. Если колебание происходит «из стороны в сторону» (перпендикулярно этой плоскости), это S-поляризованный свет.

II. Почему необходимо различать P-поляризованный и S-поляризованный свет?
Потому что их поведение при взаимодействии с границей раздела сред значительно различается. Это различие в первую очередь проявляется в их отражательной и пропускающей способности.
1. Различия в отражательной способности – формула Френеля
Формула Френеля, описывающая отражение и преломление света на границе раздела сред, сформулирована отдельно для P-поляризованного и S-поляризованного света.
Как правило, в условиях ненормального падения отражательная способность S-поляризованного света всегда выше, чем P-поляризованного.
Это означает, что когда неполяризованный свет (содержащий все направления поляризации) падает на границу раздела сред под углом, отраженный свет содержит большую долю S-поляризованного света. В результате отраженный свет становится частично поляризованным (преимущественно S-поляризованным).
2. Угол Брюстера — важнейшее явление
Это свойство, характерное только для P-поляризованного света.
Существует определенный угол падения, известный как угол Брюстера.
Когда свет падает под углом Брюстера, отражательная способность P-поляризованного света становится равной нулю! Вся энергия P-поляризованного света преломляется во вторую среду.
Отраженный свет в этой точке на 100 % S-поляризован.

Применение: это один из простейших методов генерации полностью линейно поляризованного света (например, поляризационные фильтры камер используют этот принцип для устранения бликов от стеклянных или водных поверхностей).

3. Различия в фазовом переходе
Во время отражения P-свет и S-свет могут претерпевать различные фазовые переходы (например, от 0 до π), особенно при полном внутреннем отражении. Это явление имеет решающее значение для проектирования оптических тонких пленок и волноводов.

III. Основные области применения
Поляризационные устройства
1. Призма, разделяющая поляризацию:
Используя разницу в отражательной способности диэлектрических пленок для света с P-поляризацией и S-поляризацией, это устройство может полностью разделить свет с P-поляризацией и S-поляризацией в луче, выводя их из двух разных направлений.
2. Окна Брюстера:
Используемые в лазерных резонаторах, эти окна, расположенные под углом Брюстера, демонстрируют незначительные потери для P-поляризованного света, обеспечивая высокую поляризацию P-поляризованного лазерного излучения.
3. Тонкопленочная оптика и антибликовые/усиливающие покрытия:
При разработке антибликовых покрытий для оптических линз необходимо одновременно учитывать как P-, так и S-поляризованный свет, оптимизируя характеристики под углом проектирования.
Отражатели (такие как те, что используются в лазерных резонаторах) также должны демонстрировать высокую отражательную способность как для P-поляризованного, так и для S-поляризованного света.
4. Эллипсометрия:
Измеряя изменения в соотношении амплитуд и разности фаз между P-поляризованным и S-поляризованным светом после отражения от поверхности образца, эта техника позволяет с чрезвычайной точностью определять толщину тонкой пленки и оптические константы.

Сводная сравнительная таблица

Таким образом, различие между P-поляризованным и S-поляризованным светом обеспечивает фундаментальную основу для анализа взаимодействия между светом и границами раздела сред (отражение, преломление, интерференция). Применительно к оптическим системам с косым падением необходимо учитывать независимое поведение этих двух состояний поляризации.