2.3 Поляризация света.

2.3.1 Естественный и поляризованный свет.

Световая электромагнитная волна, как и любая электромагнитная волна представляет непрерывные колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей. Как показывает опыт, действие на глаз обусловлено только колебаниями вектора электрической напряженности Е, называемого, поэтому световым. В связи с этим, в дальнейшем будет учитываться только световой вектор Е.

Свет от Солнца, лампочки и других источников является естественным или неполяризованным. Неполяризованный (естественный) свет – это свет, в котором колебания вектора электрической напряженности Е происходят в различных плоскостях с одинаковой амплитудой (рис.2.8,а). Свет, в котором колебания вектора электрической напряженности Е происходят строго в определенной плоскости, называется плоскополяризованным (или просто поляризованным) (рис.2.8,б). Источником поляризованного света является лазер. Глаз человека не отличает поляризованный свет от естественного. Если колебания вектора электрической напряженности Е происходят в различных плоскостях с неодинаковой амплитудой, то такой свет называется частично поляризованным (рис.2.8,в).

а б в

Рис.2.8

На оптических схемах приняты следующие обозначения (рис.2.9):

1. - естественный луч;

2. , в) - плоскополяризованные лучи;

г) , д) - частично поляризованные лучи.

Рис.2.9

2.3.2. Способы получения поляризованного света.

1.Поляризация света при отражении и преломлении. Условие Брюстера.

При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков отраженный и преломленный лучи частично поляризуются. Если угол падения i удовлетворяет условию Брюстера:

tg i = n₂₁, (2.14)

где n₂₁- относительный показатель преломления двух сред,

то отраженный луч полностью поляризуется, а преломленный луч поляризуется частично (рис.2.10). Эффект поляризации отраженного света используется, например, для обнаружения с воздуха или из космоса пленок нефти на поверхности моря.

Рис.2.10

2. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризаторы.

Большое практическое значение имеет получение поляризованного света, основанное на явлении двойного лучепреломления. Явление двойного лучепреломления возможно в кристаллах, обладающих свойством оптической анизотропии (зависимость оптических свойств среды от направления). Большинство прозрачных кристаллов (исландский шпат, турмалин, кварц и др.) оптически анизотропные. При падении естественного луча света на такой кристалл происходит его расщепление на два луча (рис. 2.11):

Рис.2.11

Один из этих лучей подчиняется законам преломления, называется обыкновенным лучом и обозначается буквой о. Другой луч, называемый необыкновенным, не подчиняется законам преломления и обозначается буквой е. Интенсивность каждого луча равна примерно половине интенсивности падающего естественного луча света. В кристаллах есть направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь, т.е. с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла (на рис.2.11 - 0₁0₂). Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главной плоскостью кристалла.

Исследования обыкновенного и необыкновенного лучей показывают, что оба луча полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем, плоскость поляризации обыкновенного луча перпендикулярна главной плоскости кристалла, а у необыкновенного луча она лежат в главной плоскости кристалла (параллельна ей). Угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами очень мал. Если сквозь подобный кристалл смотреть на какой-либо предмет, то контуры предмета будут раздваиваться. Явление двойного лучепреломления используется в поляризаторах - устройствах для получения поляризованного света. Высококачественным поляризатором является призма Николя (николь) (рис.2.12).

Рис.2.12

Призма Николя представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом К. При падении естественного луча света на призму, он разделяется на два луча – обыкновенный и необыкновенный. Углы призмы подбирают таким образом, чтобы обеспечить полное внутреннее отражение обыкновенного луча о на границе с канадским бальзамом. Отразившись, обыкновенный луч поглощается зачерненной нижней гранью. На выходе из призмы Николя остается один поляризованный необыкновенный луч е.

Примером другого поляризационного устройства являются поляроиды (пленочные поляризаторы). В поляроидах используется не только явление двойного лучепреломления, но и явление дихроизма. Дихроизм – это свойство кристаллов по-разному поглощать обыкновенный и необыкновенный лучи. Дихроизмом обладают, например, кристаллы турмалина, герапатита. Эти кристаллы значительно сильнее поглощают обыкновенный луч, чем необыкновенный. Поляроиды представляют собой целлулоидную пленку, которая содержит множество мелких, одинаково ориентированных кристалликов герапатита (или турмалина). При падении естественного луча света на поляроид, он также разделяется на два луча – обыкновенный и необыкновенный; обыкновенный в результате дихроизма поглощается, а необыкновенный выходит из поляроида поляризованным.