Способы получения линейно-поляризованного света

1. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера

Если на границу раздела двух прозрачных диэлектриков падает луч естественного света под углом (рис.4), то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном свете преобладают колебания вектора , перпендикулярные к плоскости падения. В преломленном – параллельные плоскости падения.

Закон Брюстера

Если угол падения света удовлетворяет условию

,

то отраженный свет полностью поляризован. Колебания электрического вектора происходят перпендикулярно плоскости падения (на рис.4 это изображено точками). Данное соотношение называют законом Брюстера, а угол падения - углом Брюстера. - отношение абсолютных показателей преломления второй среды и первой.

Преломленный луч в этом случае будет поляризован максимально, но не полностью. Колебания электрического вектора в преломленном луче происходят преимущественно в плоскости падения (на рис.4 они обозначены стрелками).

Отметим, что при падении луча под углом Брюстера к границе раздела отраженный и преломленный лучи взаимно ортогональны (угол между ними равен 90^о).

На практике используют несколько одинаковых и параллельных друг другу пластинок, установленных под углом Брюстера к падающему свету. Такое устройство называется стопа.

При достаточно большом числе пластинок проходящий через эту систему свет будет практически полностью линейно поляризованным.

Интенсивность прошедшего через такую стопу света (при отсутствии поглощения) будет равна половине интенсивности падающего на стопу неполяризованного света.

2. Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляроиды

Явление двойного лучепреломления заключается в том, что при прохождении света через многие прозрачные кристаллы падающий световой луч внутри кристалла разделяется на два луча, которые распространяются в различных направлениях, с разными скоростями и поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Это явление было обнаружено в конце XVII века при изучении кристаллов исландского шпата (CaCO₃) (рис.5). В общем случае в двулучепреломляющих кристаллах имеется два направления в которых не происходит двойного лучепреломления. Эти направления называются оптическими осями кристалла. Такие кристаллы называются двуосными. К ним относятся слюда, гипс.

У некоторых кристаллов есть только одно направление в котором не происходит двойного лучепреломления, такие кристаллы называются одноосными. К ним относятся исландский шпат, кварц, турмалин.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением или главной плоскостью кристалла. Обычно пользуются главным сечением, проходящим через световой луч.

У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления и называется обыкновенным (обозначается буквой «о»). Показатель преломления обыкновенного луча не зависит от направления распространения его в кристалле.

Для другого луча, называемого необыкновенным (обозначают буквой «е»), отношение синусов угла падения и угла преломления не остается постоянным при изменении угла падения (луч не подчиняется закону преломления). Даже при нормальном падении света на кристалл этот луч отклоняется от первоначального направления. Для необыкновенного луча показатель преломления зависит от направления в кристалле. Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Колебания электрического вектора в обыкновенном луче перпендикулярны к плоскости главного сечения кристалла, а в необыкновенном луче вектор колеблется в плоскости главного сечения.

Названия «обыкновенный» и «необыкновенный» луч имеют смысл только внутри кристалла, по выходе из кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации.

Очевидно, что явление двойного лучепреломления можно использовать для получения линейно-поляризованного света из естественного, выделив один из двух лучей. На практике линейно- поляризованный свет получают с помощью специальных поляризационных устройств.