2.5. Поляризация света
2.5.1. Поляризованный свет. Степень поляризации
Свет, колебания светового вектора которого каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.
Под
световым вектором понимается вектор
напряженности
электрического поля световой волны.
Упорядоченность колебаний светового вектора проявляется в том, что одно или несколько направлений колебаний такого вектора являются преимущественными.
Поляризованный свет характеризуется степенью поляризации:
,
где
- соответственно,
максимальная и минимальная интенсивности
света в двух взаимно перпендикулярных
направлениях.
Отметим, что естественному свету отвечает степень поляризации, равная нулю.
Если степень поляризации больше нуля, но меньше единицы, то такой свет называют частично поляризованным.
При степени поляризации, равной единице, свет будет полностью поляризованным, а колебания светового вектора будут происходить в одной плоскости.
2.5.2. Закон Брюстера
Поляризованный свет может быть получен в процессах отражения и преломления.
Если
естественный свет падает на границу
раздела двух диэлектриков с абсолютными
показателями преломления n1
и
n2
(рисунок
18),то отраженный и преломленный лучи
оказываются частично поляризованными.
При этом, в отраженном свете преобладают
колебания вектора
,
перпендикулярные к плоскости падения
луча (такие колебания обозначены на
рисунке 18 точками), а в преломленном –
в плоскости падения луча (на рисунке
18 эти колебания обозначены двойными
стрелками).
Рисунок 18
Брюстером было установлено, что степень поляризации отраженного и преломленного лучей определяется углом падения i.
При некотором угле падения, называемом углом Брюстера iБ, отраженный свет становится полностью поляризованным, а преломленный – максимально поляризованным. При этом угол между отраженным и преломленным лучами оказывается равным 90 градусам.
По закону Брюстера
.
Отметим, что закон Брюстера справедлив только для диэлектриков. Для металлов он не выполняется.
2.5.3. Закон Малюса
Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный с помощью устройств, называемых поляризаторами. Эти устройства свободно пропускают колебания светового вектора, параллельные плоскости пропускания поляризатора, и могут не пропускать колебания, перпендикулярные этой плоскости.
Отметим, что поляризаторы можно использовать в качестве анализаторов поляризованного света.
По закону Малюса интенсивность плоскополяризованного света I, прошедшего через поляризатор и анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла α между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора:
,
где I0 – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор.
2.5.4. Вращение плоскости поляризации
При пропускании плоскополяризованного света через оптически активную среду происходит поворот плоскости поляризации.
Угол поворота плоскости поляризации:
-
в твердой оптически активной среде
толщиной
,
имеющей удельное вращение (постоянную
вращения)
;
- в жидкой оптически активной среде плотностью ρ
;
- в растворе оптически активного вещества с массовой концентрацией С
.