16.Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера
При падении естественного света на границу раздела двух изотропных диэлектриков часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Установлено, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы: при вращении анализатора вокруг лучей интенсивность света периодически усиливается и ослабевает (полного гашения не наблюдается!). Эти опыты впервые проведены Малюсом (1810). Дальнейшие исследования показали, что в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 34 обозначены точками), в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. изображены стрелками).
Степень поляризации отраженного и преломленного света зависит от угла падения естественного света на границу раздела изотропных диэлектриков и показателя преломления. Брюстер (1815) установил закон, согласно которому при угле падения iB (угол Брюстера), определяемым соотношением tgib=n2/n1
(n2/n1 – показатель преломления второй среды относительно первой), отраженный луч является плоскополяризованным (содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения) (рис. 35). Преломленный же луч при угле падения iB поляризуется частично.
Е
сли
свет падает на границу раздела под углом
Брюстера, то отраженный
и преломленный лучи взаимно
перпендикулярны.
,
(i2
– угол преломления), откуда cos
iB
= sin
i2.
Следовательно,
iB
+ i2
= π/2,
но
i'B = iB (закон отражения), поэтому i'B + i2 = π/2.
Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена путем многократного преломления при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера. Если, например, для стекла (п =1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈ 15%, то после преломления на 8 – 10 установленных подряд стеклянных пластинах вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой Столетова.
17.Явление двойного лучепреломления. Поляризационные приборы.
Двойное лучепреломление – способность анизотропных веществ расщеплять падающий световой луч на два луча, распространяющихся в разных направлениях с различной фазовой скоростью и поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Анизотропия веществ – это зависимость их физических свойств от направления. Большинство кристаллов (кроме кристаллов кубической системы) анизотропны: их относительная диэлектрическая проницаемость и показатель преломления зависят от направления световой волны.
В результате двойного лучепреломления при падении узкого светового пучка на достаточно толстый анизотропный кристалл, например исландский шпат, из него выходят два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу (рис. 36).
Первый из этих лучей со времен Гюйгенса называют обыкновенным (о), второй – необыкновенным (е).
В любом анизотропном кристалле имеется по крайней мере одно направление, в котором отсутствует двойное лучепреломление: падающий пучок света не раздваивается, и состояние его поляризации не меняется. Это направление называется оптической осью кристалла. В данном случае речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла, и пучок света, распространяясь вдоль нее, не испытывает двойного лучепреломления. В природе существуют одноосные и двуосные кристаллы (имеющие соответственно одно или два направления, вдоль которых отсутствует двойное лучепреломление). К первым относятся исландский шпат [его оптическая ось направлена вдоль диагонали MN (рис. 36)], турмалин, кварц, ко вторым – слюда, гипс, топаз. В дальнейшем рассматриваются только одноосные кристаллы.
Двойное лучепреломление – следствие анизотропии диэлектрической проницаемости ε в кристаллах: в направлении оптической оси и в направлениях, перпендикулярных ей, ε имеет различные значения ε║ и ε┴, а в других направлениях ε имеет промежуточное значение.
Колебания электрического вектора при любом направлении обыкновенного луча перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому обыкновенный луч распространяется в кристалле по всем направлениям с одинаковой скоростью vo = с/пo, где пo = const – показатель преломления кристалла для обыкновенного луча
Поляризаторы — приспособления для получения, обнаружения и анализа поляризованного света, а также для исследований и измерений, основанных на явлении поляризации. Их типичными представителями являются поляризационные призмы и поляроиды.
Поляризационные призмы делятся на два класса: 1) дающие один плоскополяризованный пучок лучей – однолучевые поляризационные призмы; 2) дающие два пучка лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, – двулучевые поляризационные призмы.