4 Поляризация света

Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн (лекция 12): вектора напряженностей электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости волны (перпендикулярно лучу). Поэтому для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно рассуждения ведутся относительно вектора напряженности электрического поля, который называется световым вектором. Это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов источника. Атомы излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора. Свет, в котором все направления колебаний представлены с равной вероятностью, называется естественным. Свет, в котором колебания вектора каким – либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Свет, в котором вектор напряженности электрического поля колеблется в одной плоскости, называется плоскополяризованным.

Поляризацией света называется явление упорядочения колебаний векторов напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне. Поляризованный свет получают из естественного света с помощью специальных приборов, называемых поляризаторами.

В основе работы поляризаторов (поляризационных призм и поляроидов) лежит явление двойного лучепреломления. При прохождении света через анизотропные кристаллы (кристаллы кальцита CaCO₃, исландского или полевого) шпата свет раздваивается и выходящие лучи оказываются поляризованными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Даже если первичный луч падает на кристалл нормально, преломленный луч разделяется на два (обыкновенный о и необыкновенный e, рисунок 23).

Поляризованный свет можно также получить при отражении и преломлении света от границы двух диэлектриков. Если естественный свет падает на отражающую поверхность диэлектрика под углом , то отраженная и преломленная волны оказываются частично поляризованными. Если при это угол падения волны удовлетворяет условию , то отраженная волна оказывается поляризованной полностью, степень поляризации преломленной волны при этом максимальна. Отраженный луч полностью поляризован в плоскости перпендикулярной углу падения, а преломленный поляризован в перпендикулярной плоскости частично.

Рисунок 23 - двойное лучепреломление

Рисунок 24 - Поляризация при отражении и преломлении

Выражение tg α_Бр = n называется законом Брюстера, а α_Бр – углом Брюстера.

Недостатком поляризации при отражении является то, что только 3-5% энергии падающего луча отражается от диэлектрика. Большая доля энергия обычно сосредоточена в преломленном луче.

Вне зависимости от принципа действия, устройство, с помощью которого получают поляризованный свет, называется поляризатором. Устройство, с помощью которого анализируют степень поляризации света, называется анализатором. Можно показать, что поляризатор пропускает половину падающего на него естественного света. При прохождении плоско поляризованного света через анализатор в общем случае наблюдается уменьшение его интенсивности, которое описывается законом Малюса: интенсивность плоско поляризованного света I вышедшего из анализатора пропорциональна интенсивности падающего на него плоско поляризованного света I₀ и квадрату косинуса угла φ между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

. (13.5)