9. Поляризация света.

Закон Малюса. Вращение плоскости поляризатора . Закон Фарадея.

В качестве поляризаторов можно использовать:

стопу Столетова, действие которой основано на поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков, поляризационные призмы, действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении.

 поляроиды, действие которых основано на свойствах дихроичных кристаллов.

Высококачественным поляризатором является поляриза­ционная призма Ни­коля (или просто ни­коль), действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении в исландском шпате. Призма Николя (рис. 4.11) представляет собой две призмы из исландского шпата, склеенные вдоль линии АВ канадским баль­замом, показатель преломления которого равен n_к.б. = 1,55. Оп­тическая ось ОО' призмы составляет с входной гранью угол 48⁰. Падая на грань призмы АС, естественный луч раздваивается на два луча: обыкновенный (n_о = 1,66) и необыкновенный (n_е = 1,51). Попадая на границу раздела "исландский шпат – канад­ский бальзам" обыкновенный луч испытывает полное внутрен­нее отражение, так как этот луч распространяется из оптически более плотной в оптически менее плотную среду (n_о > n_к.б. > n_е) и угол падения 76,5⁰ больше предельного угла, а затем поглощается за­черненной гранью СВ. Необыкновенный луч свободно проходит через призму и выходит из нее плоскополяризованным.

Поляроиды, действие которых основано на свойствах дихроичных кристаллов, представляют собой целлулоидную пленку в которую вкраплены большое количество одинаково ориентированных кристалликов (например, геропатита). Поля­роиды по сравнению с призмами менее прозрачны и в них сте­пень поляризации сильно зависит от длины волны падающего света. Преимуще­ством перед призмами является только то, что их можно изгото­вить с большей площадью поверхности.

Закон Малюса

Глаз человека не может отличить поляризованный свет от естественного, поэтому для анализа поляризованного свет необходимо использовать поляризаторы, которые в этом случае называются анализаторами. Все ранее перечисленные поляризующие устройства можно использовать для анализа поляризации света. Анализировать поляризованность света первым предложил французский физик Э. Малюс (1775-1812), установив закон изменения интенсивности поляризованного света.

Возьмем в качестве поляризатора и анализатора дихро-ичный кристалл турмалин (рис. 4.12). Пусть естественный свет падает перпендикулярно оптической оси ОО' поляризатора П. Через поляризатор свободно пройдут колебания светового вектора, параллельные плоскости поляризатора. Колебания светового вектора, перпендикулярные плоскости поляризации, полностью поглотятся кристаллом турмалина. Ранее уже говорилось о том, что любое колебание вектора Ес можно представить как результат сложения двух взаимно перпендикулярных векторов Ех и Еу (рис. 4. 2), а так как колебания вектора Ес естественного света хаотичны и равновероятны, то интенсивность света, прошедшего через поляризатор, равна половине интенсивности падающего естественного света:

Если плоско поляризованный свет падает на анализатор А (рис. 4.13), то через него пройдет только составляющая, параллельная главной плоскости анализатора:

Е = Е₀ cos,

г де  - угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды (I ~ E²) ,то для интенсивности света I, вышедшего из анализатора получаем:

I = I₀ cos²,

где I₀ – ин­тенсивность света, падающего на анализатор. Этот закон называется законом Малюса. Если естествен­ный свет с интенсивностью I_ест проходит последовательно сквозь поляризатор и анализатор, то выходящий свет имеет ин­тенсивность

При φ= 0 (плоскости поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность максимальна Imax = 1/2 Iест, при φ= π/2 (плоско¬сти поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны) интенсивность минимальна Imin = 0.

Для анализа поляризованности света анализатор нужно вращать вокруг луча, если при этом можно найти такое положение, при котором свет сквозь него не проходит (интенсивность становится равной нулю), то такой свет полностью поляризован; если при вращении анализатора интенсивность света не изменяется, такой свет будет естественный.