Поляризация при отражении и преломлении

Пусть свет падает на границу раздела двух диэлектриков. Если угол падения света не равен нулю, то отражённый и преломлённый луч оказываются частично поляризованными. В отражённом луче преобладают колебания светового вектора в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, в преломлённой – в плоскости параллельной плоскости падения (рис.). Степень поляризации зависит от угла падения.

Пусть угол падения удовлетворяет условию:

, где . ()

В этом случае отражённый луч полностью поляризован (степень поляризации его составляет100).

Соотношение () называется законом Брюстера. Угол называется углом Брюстера или углом полной поляризации.

Физическая сущность явлений, приводящих к поляризации отраженного и преломлённого лучей, заключается в следующем. Падающая на диэлектрик световая волна вызывает вынужденные колебания атомных электронов. Колеблющиеся заряды излучают электромагнитные волны. Вне диэлектрика вторичные волны дают отражённую волну. Преломлённая волна является суперпозицией падающей и вторичной волны.

Рассмотрим диаграмму направленности излучения колеблющегося заряда (рис.). Сильнее всего колеблющийся заряд излучает в направлении перпендикулярном направлению колебаний. В направлении колебаний заряд не излучает совсем.

Если естественный свет падает на границу раздела вакуум-диэлектрик под углом Брюстера, то из соотношения () следует, что угол между преломлённым и отражённым лучом составляет 90^о. В этом случае отражённый луч содержит колебания светового вектора только в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, и будет полностью поляризован. Преломлённый луч будет поляризован частично.

Степень поляризации проходящего света можно повысить, если использовать стопу из нескольких одинаковых пластинок (например, стеклянных), установленных под углом Брюстера к падающему пучку света. Если число пластинок велико, то степень поляризации близка к единице, и такое устройство можно использовать в качестве поляризатора.

Двойное лучепpеломление. Поляpизационные пpизмы и поляpоиды. Явление дихpоизма

Большинство кристаллов электрически анизотропно. Их диэлектрическая проницаемость и показатель преломления зависят от направления векторасветовой волны. В таких кристаллах имеет местоявление двойного лучепреломления.Луч света, падающий на поверхность кристалла, раздваивается на 2 преломлённых луча (рис.).

Один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления света и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к нему. Его называютобыкновенными обозначают на схемах символомо.

Второй луч называют необыкновенными обозначают на схемах символоме.Необыкновенный луч не подчиняется закону преломления света и не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к нему.

Оптической осьюкристалла называют направление, вдоль которого свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления.

В зависимости от типа симметрии кристаллы бывают одноосными либодвухосными(то есть имеют одну или две оптические оси). Примером одноосного кристалла являетсяисландский шпат (CaCO₃). В дальнейшем мы будем рассматривать только одноосные кристаллы.

Главным сечением или главной плоскостью одноосного кристалла для какого-либо луча называют плоскость, проходящую через этот луч и оптическую ось.

Исследования обыкновенного и необыкновенного лучей показывают, что оба эти луча поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Плоскость колебаний светового вектора обыкновенного луча перпендикулярна главному сечению кристалла. Колебания светового вектора в необыкновенном луче происходят в плоскости, совпадающей с главным сечением кристалла.

Двойное лучепpеломление объясняется анизотропией кристаллов, в частности, зависимостью диэлектрической проницаемости от направления. В одноосных кристаллах эту зависимость можно показать с помощью эллипсоида вращения (рис.).

Отрезок от центра эллипсоида до некоторой точки на его поверхности равен диэлектрической проницаемости . Показатель преломления, следовательно, электромагнитным волнам с различным направлением колебаний светового векторасоответствуют различные значения показателя преломления. Например, показатель преломления обыкновенного луча в исландском шпате. Показатель преломления необыкновенного лучанепостоянен и зависит от его направления.

Чтобы отделить друг от друга обыкновенный и необыкновенный луч используется поляризационная призма Николя. Она состоит из двух частей кристалла исландского шпата, распиленного и склеенного затем канадским бальзамом (смолой канадской сосны) (рис.).

Луч естественного света, входя в призму Николя, делится на обыкновенный и необыкновенный (рис.). Обыкновенный луч испытывает полное отражение на слое канадского бальзама, так как его показатель преломления () больше показателя преломления канадского бальзама (), а угол падения больше предельного угла, после которого начинается полное отражение.

Необыкновенный луч проходит слой канадского бальзама, не испытывая полного отражения, так как для него в данном направлении показатель преломления () меньше показателя преломления канадского бальзама ().

Призма Николя используется как поляризатордля получения поляризованного света из естественного. Она используется такжекак анализатордля определения плоскости поляризации поляризованного света.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается значительно сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Пример сильно дихроичного кристалла – кристалл турмалина. В нём обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине1 мм. Это же явление имеет место вполяроидных плёнках^.