Вопрос 18: Поляризация света при отражении и преломлении вторичных волн. Принцип Гюйгенса.

При падении естественного света на границу раздела двух изотропных диэлектриков часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Установлено, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Эти опыты впервые проведены Малюсом (1810). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 34 обозначены точками), в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. изображены стрелками).

Степень поляризации отраженного и преломленного света зависит от угла падения естественного света на границу раздела изотропных диэлектриков и показателя преломления. Брюстер (1815) установил закон, согласно которому при угле падения i_B (угол Брюстера), определяемым соотношением (n₂₁ – показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения) (рис. 35). Преломленный же луч при угле падения i_B поляризуется частично.

Е сли свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. , (i₂ – угол преломления), откуда cos i_B = sin i₂. Следовательно, i_B + i₂ = π/2, но

i'_B = i_B (закон отражения), поэтому i'_B + i₂ = π/2.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена путем многократного преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера. Если, например, для стекла (п =1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈ 15%, то после преломления на 8 – 10 установленных подряд стеклянных пластинах вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой Столетова.

Вопрос 17: Поляризация света.

Световые волны являются поперечными: векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей световой волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных световых волн, называют поляризацией света. Так как векторы Е и Н световой волны перпендикулярны друг другу, то для описания поляризации достаточно исследовать поведение лишь одного из векторов, в качестве которого обычно выбирают вектор напряженности Е электрического поля электромагнитной волны, называемый электрическим вектором. Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом, характеризуется всевозможными равновероятными направлениями колебаний электрического вектора (рис. 32, а). Равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е – одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными направлениями колебаний вектора Е (и следовательно Н) называют естественным (неполяризованным). Свет, в котором направления колебаний электрического вектора каким-то образом упорядочены, называют поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное (но не исключительное!) направление колебаний вектора Е (рис. 32 б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Наиболее общим типом поляризованного света является эллиптически поляризованный свет, когда конец электрического (магнитного) вектора описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Свет, в котором вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 32, в), называют плоскополяризованным (линейно поляризованным). Плоскость, проходящая через электрический вектор Е и луч, называется плоскостью поляризации. Если плоскополяризованный свет с амплитудой электрического вектора Е₁ падает на анализатор, то анализатор пропустит только составляющую Е_║ = Е₁ cos α. (34)

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то из (34) получаем I₂ = I₁ cos²α, (35), где I₁ – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, и I₂ – интенсивность света, вышедшего из анализатора. Уравнение (35) выражает закон Малюса, согласно которому интенсивность света, прошедшего последовательно через поляризатор и анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между их главными плоскостями. Если пропустить естественный свет через два поляризатора, главные плоскости которых образуют угол α, то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого , из второго, согласно (35), выйдет свет интенсивностью

. (36)

Т.е. (главные плоскости поляризаторов параллельны), (главные плоскости поляризаторов перпендикулярны).

Если вращать анализатор вокруг луча частично поляризованного света, то интенсивность света за анализатором будет изменяться от I_max до I_min. Величина

(37)

характеризует степень поляризации. Здесь I_max и I_min – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.