Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера

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.1)

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.2).

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.

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 (рис. 3).

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

При этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Докажем это.

, , , .

, что возможно при условии .

Физическая суть явлений, приводящих к поляризации, состоит в следующем. Падающая световая волна, проникнув в диэлектрик, возбуждает вынужденные колебания электронов, входящих в состав атомов. Колеблющиеся электроны излучают вторичные электромагнитные волны, которые, накладываясь друг на друга, дают отражённую волну вне диэлектрика. Преломленная волна получается в результате сложения первичной волны с вторичными волнами.

Колебания светового вектора в падающей естественной световой волне можно представить как результат сложения двух колебаний, совершающихся в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис.4): в плоскости падения и перпендикулярно ей. Так как вынужденные колебания электронов происходят в направлении вектора , то колебания электронов также можно рассматривать как происходящее в этих двух взаимно перпендикулярных направлениях, каждому из которых соответствует плоскополяризованная вторичная волна. Известно, что излучение колеблющегося заряда имеет направленный характер: сильнее всего заряд излучает в направлениях, перпендикулярных к направлению колебаний, в направлении колебаний заряд не излучает. Из анализа диаграмм направленности следует, что в направлении отраженного луча преобладает интенсивность волны, в которой колеблется перпендикулярно плоскости падения, т.е. отражённая волна будет частично поляризованной. При падении света под углом Брюстера направление колебаний заряда, параллельное плоскости падения, совпадает с направлением отраженного луча (т.к. ).

Поскольку в направлении колебаний заряд не излучает, то интенсивность соответствующих ему вторичных волн в направлении отраженного луча равна нулю, отраженный луч оказывается полностью поляризованным.

Если в отраженной волне преобладает интенсивность колебаний, ^ плоскости падения, то, в силу закона сохранения энергии, в преломленной волне должна преобладать интенсивность колебаний другого направления, т.е. она также частично поляризована.

Дата добавления: 2014-01-05