Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера и Малюса

Световая волна, излучаемая естественным источником света, является результатом сложения множества электромагнитных волн, испускаемых отдельными атомами данного источника. И направление колебания светового вектора волны, излучаемой каждым атомом, различно и ориентировано случайным образом. Поэтому в результирующей волне вектор колеблется с одинаковой вероятностью во всех направлениях, перпендикулярных лучу, характеризующему направление распространения света.

Т.о., естественный свет представляет собой электромагнитную волну, в которой колебания светового вектора происходят во всех возможных направлениях перпендикулярно световому лучу (рис.12).

Свет, в котором направление колебаний вектора упорядочены каким - либо образом, называется поляризованным.

Поляризацией света называется выделение из пучка естественного света лучей, поляризованных определенным образом.

Различают три вида поляризации, она бывает:

а) линейная (плоская);

б) круговая;

в) эллиптическая.

Поляризация возможна только у поперечных волн. Если колебания светового вектора осуществляется только в одной плоскости, свет называется плоско - поляризованным (рис.13).

Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, называется плоскостью поляризации. Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным. Примером может служить эллиптически поляризованный свет, световой вектор результирующего колебания в этом случае изменяется со временем так, что конец его описывает эллипс.

Поляризация света наблюдается при отражении и преломлении естественного света, а также при прохождении его через анизотропные среды.

При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков (воздух – стекло) имеет место преломление и отражение света. Исследования показывают что преломленный и отраженный лучи являются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания , перпендикулярные плоскости падения (рис. 14).

В преломленном луче преобладают колебания , параллельные плоскости падения.

Оказалось, что степень поляризации зависит от угла падения и при удовлетворении условия

,

где –показатель преломления второй среды относительно первой;

–угол Брюстера,

отраженный луч полностью поляризован в плоскости падения; поляризация преломленного луча является частичной.

Закон Брюстера: луч отраженный будет полностью поляризован, если тангенс угла падения равен относительному показателю преломления среды, от границы которой происходит отражение.

Для получения плоскополяризованного света используют особые устройства, которые получили название поляризаторов. эти устройства свободно пропускают только колебания вектора , параллельные плоскости, называемой главной плоскостью поляризатора (плоскостью пропускания). В основе действия поляризаторов лежит свойство кристаллов разделять луч естественного света на два плоскополяризованных луча одинаковой интенсивности (двойное лучепреломление) и полностью поглощать один из них.

Для анализа степени поляризации света служат устройства, называемые анализаторами, ничем конструктивно не отличающиеся от поляризаторов.

Если на пути естественного света интенсивностью поставить поляризатор и анализатор , то интенсивность поляризованного света, прошедшего через анализатор, будет зависеть от взаимного расположения плоскостей пропускания поляризатора и анализатора (рис. 15).

Если на анализатор падает плоскополяризованный свет амплитуды и интенсивности так, что угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью пропускания анализатора равен , то сквозь анализатор пройдет составляющая колебания с амплитудой (рис. 16). Т.к. интенсивность волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды, то . Это соотношение было экспериментально установлено французским физиком э.л. Малюсом и носит название закона Малюса:

интенсивность света, прошедшего анализатор, равна произведению интенсивности падающего на анализатор поляризованного света и квадрата косинуса угла между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора.

Практическое использование поляризованного света.

1. Вращение плоскости поляризации. Некоторые вещества, называемые оптически активными, способны поворачивать плоскость поляризации распространяющегося через них плоскополяризованного света. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути светового луча и концентрации раствора оптически активного вещества (водный раствор сахара, винной кислоты). Это используется для определения концентрации оптически активных веществ.

2. эффект Керра – оптическая анизотропия жидкого диэлектрика (нитробензола) под действием внешнего эл. поля.

Ячейка Керра используется в качестве практически безинерционного затвора для световых лучей при сверхскоростных съемках

(время ~10^-10 с). Анализатор, скрещенный с поляризатором, пропускает свет только при включении внешнего поля.

Дата добавления: 2014-12-07