Поляризация и дисперсия света

Поляризация света. Электромагнитная волна – поперечна, колеблющиеся в ней векторы и перпендикулярны друг другу и направлению рас­пространения. При взаимодействии со средой основную роль играет вектор , так как электрическое поле действует на электроны и поляризует среду. На рис. а показан луч света, идущий на нас, и вектор . Этот вектор колеблется и на рис. направ­лен то вверх, то вниз, все время меняясь по величине. Плоскость, в которой он колеблется, называется плоскостью поляризации. Такой свет называется поляризованным.

Однако чаще всего волны испускаются разными атомами, каждый дает свою плоскость поляризации (рис. б). Такой свет называется неполяризованным, или естественным.

Устройство, позволяющее получать поляри­зованный свет из естественного, называется поляризатором. Результат действия поляризатора показан на рис. в. На этом рис. векторы в естественном свете заменены только двумя черточ­ками – вертикальной и черточкой, идущей от нас за бумагу, т. е. точкой. Дело в том, что любые косо расположенные векторы ес­тественного света всегда можно разложить на такие два направ­ления (см. рис. б). В качестве поляризатора можно использовать только систему, которая обладает свойством анизотропии. Такой системой может служить кристалл, атомы которого располагаются в виде простран­ственной решетки так, что физические свойства кристалла по разным направлениям различны. Примером может служить естественный кристалл турмалина. В 1934 г. американский ученый Э. Ланд создал пластическое вещество, способное поляризовать свет. Оно получило фирменное название " поляроид ". Поляризатор пропускает только проекцию вектора на некоторую плоскость, которая на­зывается главной плоскостью поляризатора. Из поляризатора выходит поляризованный свет, интенсивность I₀ которого равна половине ин­тенсивности естественного света: I ₀ = (1/2)· I_ЕСТ. При вращении поляризатора относительно луча бу­дет вращаться плоскость поляризации вышедше­го плоскополяризованного света, но его интен­сивность будет оставаться равной (1/2)· I_ЕСТ .

Если плоскополяризованный свет, интенсив­ность которого I ₀, вторично пропустить через анизотропный кристалл (анализатор), то в за­висимости от ориентации анализатора из этого, поляризованного, света пропустится большая или меньшая часть.

Так как электрический вектор волны, прошед­шей первый кристалл, имеет направление, па­раллельное оси первого кристалла, то амплиту­да света, пропущенного вторым кристаллом, будет пропорциональна cosα (α – угол между осями обоих кристаллов), а интенсивность про­порциональна cos²α: I=I₀ ·cos² α.

Это выражение называется законом Малюса. Закон Малюса позволяет определить, явля­ется ли данное излучение поляризованным. Если при пропускании света через анализатор интенсивность вышедшего света не изменяет­ся при повороте анализатора вокруг падающе­го луча, то свет – естественный, если изменяется, то – поляризованный.

Если под влиянием внешних воздействий на свет или внутренних особенностей источника света появляется предпочтительное наиболее вероятное направление колебаний, то такой свет называется частично поляризованным. Его принято характеризовать степенью поляризации , где I_MAX и I_MIN – интенсивности, соответствующие направлениям колебаний с максимальной и минимальной амплитудами, соответственно. Для естественного, неполяризованного света I_MAX = I_MIN и Р=0. Для линейно (плоско) поляризованного света I_MIN = 0 и Р=1.

Поляризация света наблюдается при отражении и преломлении света на границе двух изотропных диэлектриков, если угол падения отличен от нуля. В отраженном луче преоблада­ют колебания, перпендикулярные к плоскости падения, в преломленном луче– колебания, параллельные плоскости падения. Степень по­ляризации зависит от угла падения лучей и по­казателя преломления отражающей среды. При определенном значении угла падения α_Б отра­женный свет полностью поляризован; прелом­ленный луч всегда поляризован лишь частично (рис.).

Согласно закону, установленному Брюстером, отраженный луч полностью поляризован, если tgα_Б=n₂₁=n₂/n₁. (n₁ и n₂ – показатели преломления сред 1 и 2, соответственно). При этом отраженный луч со­держит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения.

Из законов отражения и преломления следу­ет, что если луч падает на диэлектрик под углом Брюстера α_Б, называемым углом полной поля­ризации, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. При дальнейшем увеличении угла падения доля поляризованно­го света вновь уменьшается. Полную поляризацию при отражении под углом Брюстера можно наблюдать, если через поляризатор смотреть на блики света на диэлектрической поверхности стола и при этом вращать поляризатор. При определенном положении поляризатора бли­ки будут погашены. Это явление используется в морских бинок­лях, когда нужно убрать блики от сверкающей поверхности моря.

Дата добавления: 2013-12-12