Волновая оптика.
1. Электромагнитная природа света. Поляризация света
Электромагнитные волны - распространение колебаний электрического и магнитного полей - являются поперечными и распространяются со скоростью света. Скорость света в среде меньше, чем скорость света с в вакууме:
, (5.1)
где - показатель преломления среды; , - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, соответственно. Формула (5.1) была получена Максвеллом. Совпадение вычисленной скорости электромагнитных волн и измеренной к тому времени скорости света навело его на мысль об электромагнитной природе света. Электромагнитная (волновая) теория позволяет объяснить многие световые явления.
Колебания векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения, причем векторы , и образуют правовинтовую тройку перпендикулярных друг к другу векторов (рис. 5.1). Модули векторов и пропорциональны друг другу, их связь дается выражением:
. (5.2)
Рис.
5.1
Если смотреть вдоль луча, то в линейно поляризованном свете колебания вектора представляются происходящими вдоль одного направления (рис. 5.2а).
В обычном свете колебания различных направлений хаотически и быстро сменяют друг друга (рис. 5.2б). Такой свет называется естественным. В частично поляризованном свете имеется преимущественное направление колебаний вектора (рис. 5.2в).
а
б в
Рис. 5.2
а б
Рис. 5.3
Амплитуда Е прошедшего через анализатор света зависит от амплитуды падающего на него света Е0 и угла между плоскостями поляризатора и анализатора : Е = Е0cos , а интенсивность прошедшего света, величина которой пропорциональна квадрату амплитуды, дается законом Малюса:
.
При наклонном падении света на границу раздела двух диэлектриков, например на поверхность стеклянной пластинки, отраженный свет является частично поляризованным. При угле падения, удовлетворяющем условию
, где - показатель преломления второй среды относительно первой (см. раздел 5.4), отраженный луч полностью поляризован.
Это соотношение называется законом Брюстера.