Поляризация

Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух сред;
10.3.

Двойное лучепреломление;

Сегодня: *

(а) и в горизонтальной плоскости (б).
Рис. 10.3,а. Вертикально поляризованные волны

проходят через вертикальную щель

Если на пути волны поставить какое-нибудь
препятствие с вертикальной щелью (рис. 10.3), то вертикально поляризованная волна пройдет через него,

называется поляризованным.

определенной плоскости, перпендикулярно лучу (рис. 10.4, в), называется плоскополяризованным (линейно

поляризованным).

Рис.10.4.

б) частично поляризованный свет

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора Е плоско поляризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации.

и наоборот. За меру степени поляризации принимают

использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например кристаллы

(их анизотропия известна). Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризатора, следует отметить турмалин.

Рассмотрим классические опыты с турмалином (рис. 10.4). Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина Т1,

атомы (или ионы) кристаллической решетки расположены симметрично). Вращая кристалл Т1

вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не наблюдаем. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина Т2 и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется в зависимости от угла α между оптическими осями кристаллов по закону Малюса:

(10.1.1)

Рис.10.4

второй кристалл и вышедшего из него. Следовательно, интенсивность прошедшего через

пластинки света изменяется от минимума (полное гашение света) при α = π/2 (оптические оси пластинок перпендикулярны) до максимума при α = 0 (оптические оси пластинок параллельны). Однако, как это следует из рис. 10.4, амплитуда Е световых колебаний, прошедших через Т2, будет меньше амплитуды световых колебаний Е0, падающих на Т2:


Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, то и получается выражение (10.1.1).
Результаты опытов с кристаллами турмалина объясняются довольно просто, если исходить из изложенных выше условий пропускания света поляризатором. Первая пластинка турмалина пропускает колебания только определенного направления (на рис. 10.4 это направление показано стрелкой АВ), т. е. преобразует естественный

ее ориентации из поляризованного света пропускает большую или меньшую его

часть, которая соответствует компоненту Е, параллельному оси второго турмалина. На рис. 10.4 обе пластинки расположены так, что направления пропускаемых ими колебаний АВ и А'В' перпендикулярны друг другу. В данном случае Т1 пропускает колебания, направленные по АВ, а Т2 их полностью гасит, т. е. за вторую пластинку турмалина свет не проходит.
Пластинка Т1, преобразующая естественный свет в плоскополяризованный, является поляризатором. Пластинка Т2, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы (их можно поменять местами).

угол α, то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого

I0 = ½Iест, из второго, согласно (10.1.1), выйдет свет интенсивностью
I = Io cos2α. Следовательно, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора,



откуда Imах = ½Iест, (поляризаторы параллельны) и Imin = 0 (поляризаторы скрещены).

Рис.10.5

а n2 - показатель преломления среды, лежащей по другую сторону

отражающей границы. Если свет распространяется в воздухе, то n1 = 1, и
(10.2.1,б)

Угол полной поляризации называют также углом Брюстера, а соотношение(10.2.1)- законом Брюстера в честь шотландского физика Дэвида Брюстера (1781-1868), открывшего его экспериментально в 1812 г. Формулы могут быть получены на основе электромагнитной теории света. Интересно отметить, что при падении под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи образуют угол 90°, т.е. θБ + θr = 90° (рис. 10.7). В этом можно убедиться, подставив соотношение (10.2.1,а) (п2 = n1tgθБ = n1sinθБ/cosθБ) в выражение для закона Снелля п1sinθБ = n2sinθr и получив равенство cosθБ = sinθr, которое справедливо только для θБ = 90° - θ Г.

воздуха и стекла), то часть его отражается, а часть преломляется

и распространяется во второй среде. Устанавливая на пути отраженного и преломленного лучей анализатор (например, турмалин), убеждаемся в том, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 10.8 они обозначены точками), в преломленном — колебания, параллельные плоскости падения (на рисунке эти колебания изображены стрелками).

можно рассчитать из уравнений Максвелла, если

учесть граничные условия для электромагнит-ного поля на границе раздела двух изотропных диэлектриков (так называемые формулы Френеля).

преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела

под углом Брюстера. Если, например, для стекла (п = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈10%, то после преломления на 8÷10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой. Стопа может служить для анализаполяризованного света как при его отражении, так и при его
преломлении.