Явления поляризации при преломлении и отражении света.

Закон Брюстера.

Поляризационные приборы.

Рассмотрим границу преломления двух однородных сред (с показателями преломления ), на которую падает естественный свет.

Разложим на две составляющие :

Параллельную плоскости падения и перпендикулярную плоскости падения .

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном наоборот - параллельные.

Формулы для соотношения и в отраженной и преломленных волнах относительно падающей, называются формулами Френеля.

Всего четыре формулы Френеля, но нас интересуют только две.

для отраженной волны:

(1)

минус означает, что при отражении света от границы с оптически более плотной средой происходит изменение фазы колебаний на .

(2)

для преломленной волны:

При определенных условиях отраженный свет может быть полностью поляризованным.

Рассмотрим формулу (1)

Рассмотрим формулу (2)

Значит, в отраженной волне присутствуют лишь колебания, перпендикулярные плоскости падения, т.е. . Следует, что отраженная волна полностью поляризована, это явление называется поляризацией света при отражении, а угол падения, при котором все это происходит, называется углом Брюстера, т.е. .

При , отраженный свет полностью поляризован, а преломленный – частично.

Явление поляризации света при отражении.

Угол при котором происходит поляризация отраженного света называется углом Брюстера .

- Закон Брюстера

;

При падение под углом Брюстера, отраженный и преломленный свет перпендикулярны друг к другу.

Поляризационные приборы.

1) Стопа Столетова.

2) Призма Николя

состоит из двух призм из исландского шпата ( ), склеенных канадским бальзамом (это смола канадской пихты), срез кристалла сделан так, чтобы необыкновенный луч шел не преломляясь, а обыкновенный луч испытывал полное отражение от бальзама и выходил из кристалла.

3) приборы, основанные на явлении дихроизма (свойства кристаллов поглощать один из лучей), сильным дихроизмом обладает кристалл турмалина.

4) поляризационное устройство, названное поляроидом.

5) Ячейка Керра

на электроды можно подавать переменное напряжение и модулировать сигнал.

Явление двойного лучепреломления.

П ри прохождении света через все прозрачные кристаллы, наблюдается явление двойного лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри на два луча, распространяющихся с разными скоростями, в различных направлениях.

Рассмотрим кристалл (исландский шпат) – это кристалл, если на него направить луч естественного света, то он раздвоиться и один из них выйдет прямо полностью поляризованный, а другой преломиться и тоже будет поляризованный.

На вход подаем естественный свет, а на выходе получаем два поляризованных луча: (необыкновенный луч) и (обыкновенный луч).

Кристаллы, обладающие явлением двойного лучепреломления разделяются на одноосные (исландский шпат, кристалл турмалина) и двуосные (слюда, гипс).

Если у кристалла одно направление, в котором не происходит двойное лучепреломление, то такой кристалл называют одноосным. Если два таких направления то называют двухосным.

Мы будим заниматься одноосными кристаллами.

Оптическая ось кристалла – это такое направление, в котором отсутствует явление двойного лучепреломления (обыкновенный и необыкновенный лучи не разделяются).

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильней другого – это явление называется явлением дихроизма

Явление двойного лучепреломления объясняется анизотропией кристаллов.

Рассмотрим случай, когда

Скорость распространения световой волны:

- скорость распространения световой волны в оптике.

Рассмотрим направления светового вектора относительно оптической оси кристалла (о.о.).

Если перпендикулярно (о.о.), то этот свет распространяется со скоростью:

Если параллельно (о.о.), то этот свет распространяется со скоростью:

в других направлениях , скорость имеет промежуточные значения

(если не перпендикулярно (о.о.) и не параллельно (о.о.) то ).

Р ассмотрим однородную, изотропную, одноосную среду и поместим туда точечный источник света (S).

Оптически положительный кристалл ( )

перпендикулярен плоскости рисунка

лежит в плоскости рисунка

На рисунки изображены две сферические волновые поверхности

и . Эти сферические поверхности соответствуют обыкновенной волне.

В направлении (1-1) перпендикулярно (о.о.), скорость распространения такая же, как у обыкновенной волны.

В направлении (2-2) параллельно (о.о.) и скорость распространения волны минимальна.

В направлении (3-3) промежуточное значение.

во всех направлениях

п ерпендикулярно (о.о.), дает

сферическую волновую поверхность.

Рассмотрим случай когда .

Лучи распространяются вдоль оптической оси кристалла, обыкновенный и необыкновенный лучи не разделяются.

Обыкновенный и необыкновенный лучи идут по одному направлению, но с разными скоростями (между ними возникает возрастающая разность фаз).

Построение основано на принцип Гюйгенса:

Фронт волны можно рассматривать, как совокупность вторичных точечных источников волн, огибающая которых дает положение фронта волны в последующий момент времени.