Поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможным равновероятным колебаниями светового вектора.

Рисунок 13 – Естественный, частично и полностью поляризованный свет

Свет называется естественным, если колебания вектора возможны в любых направлениях. Если колебания вектора каким-то образом упорядочены, выделены, то свет в этом случае называют поляризованным.

Степень выделения световых волн с определенной ориентацией вектора называется степенью поляризации:

и – максимальные и минимальные интенсивности частично поляризованного света. Для поляризованного света и P=1, для естественного - и P=0.

Плоскость, проходящая через направление колебаний вектора и направление распространения волны, называется плоскостью поляризации. Поляризованный свет можно получить при отражении света от диэлектрика или при преломлении света в анизотропных кристаллах.

Рассмотрим прохождение поляризованного света через поляризатор (анализатор). Пусть на анализатор падает нормально плоскости чертежа линейно поляризованный свет, электрический вектор которого имеет амплитуду , а направление колебаний этого вектора составляют с плоскостью поляризации анализатора угол . В этом случае падающий свет можно представить в виде волн линейно-поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 14 – Поляризатор

Волна с амплитудой не сможет пройти через анализатор. А волна, электрической вектор которой колеблется вдоль направления с амплитудой полностью пройдет через анализатор. Следовательно, амплитуда света, вышедшего из анализатора, будет равна и соответствовать интенсивности света, вышедшего из анализатор, будет определяться по закону Малюса.

– интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор, – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, – угол между плоскостью пропускания поляризатора и направлением колебаний.

Если свет естественный, то анализатор пропускает половину его интенсивности.

Если свет падает на поверхность диэлектрика под особым углом (угол Брюстера), то в этом случае отраженный луч является полностью поляризованным. Угол Брюстера определяется законом Брюстера.

Рисунок 15 – Угол Брюстера

Колебания вектора в отраженном луче проходят перпендикулярно плоскости падения. Угол между отраженным и преломленным лучом равен .

Двойное лучепреломление наблюдается при прохождении света через прозрачные анизотропные кристаллы, то есть кристаллы, оптические свойства которых различны во всех направлениях. Явление двойного лучепреломления заключается в том, что упавший на кристалл луч внутри кристалла разделяется на два, которые распространяются в разных направлениях с разными скоростями.

Рисунок 16 – Двойное лучепреломление

Если луч естественного света падает нормально на анизотропный кристалл, то первый луч после преломления является продолжением первичного луча и называется обыкновенным. Второй отклоняется и называется необыкновенным. Оба этих луча является плоско поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поскольку скорость распространения света связана с показателем преломления, то для обыкновенного луча показатель преломления является постоянной величиной, а для необыкновенного показатель преломления зависит от направления луча.

В анизотропном кристалле есть направление, распространение по которому свет не испытывает двойного лучепреломления. Это направление – оптическая ось кристалла.

Явление двойного лучепреломления используется в конструкции поляризаторов и поляроидов. К поляризаторам относятся призмы николя. Поляроид – тонкая целлулоидная плёнка с вкрапленными кристаллами двоякопреломляющего вещества.