Контрольні питання

1. Дайте визначення явище дифракції світла.

2. Сформулюйте принцип Гюйгенса – Френеля.

3. Що мають спільного і чим відрізняються дифракція Френеля і Фраунгофера?

4. Дайте визначення дифракційній гратці, перелічите відомі вам їх види і характеристики.

5. Яке практичне застосування має явище дифракції?

Поляризація світла.

Явище поляризації світла вперше спостерігав французький вчений Л.Малюс у 1803 році при відбиванні світла від діелектриків ( від скла).

При падінні світлового пучка 1 на діелектричну пластинку П₁ під кутом і частина його відбивається і потрапляє на аналогічну пластинку П₂, поставлену так, щоб кут падіння на неї дорівнював куту падіння і на першу пластинку. Не змінюючи кута падіння на першу пластинку, повертають другу пластинку навколо осі, що збігається з променем 2. При такому повороті пластинки П₂ кут падіння не змінюється, а змінюється тільки взаємне положення площин падіння променів світла між пластинками П₁ і П₂.

На досліді виявлено, що при повороті пластини П₂ промінь 3, відбитий від пластинки П₂, змінює свою інтенсивність. Найбільша інтенсивність його тоді, коли площини падіння обох пластинок паралельні, а найменша у тому положенні, коли площина падіння променя 1 на першу пластинку і площина падіння променя 2 на другу пластинку взаємно перпендикулярні.

Кут максимальної поляризації (кут Брюстера) – кут падіння променя на першу діелектричну пластинку, при якому сила світла відбитого від двох взаємно перпендикулярно розташованих пластинок, дорівнює практично нулю.

Закон Брюстера: .

Якщо світло падає на діелектричну пластинку під кутом Брюстера, то відбитий і заломлений промені між собою взаємно перпендикулярні, і площини поляризації цих променів теж взаємно перпендикулярні.

Надійне пояснення явища поляризації світла стало можливим тільки з появою теорії електромагнітних хвиль Максвела. За теорією Максвела, світло – поперечна електромагнітна хвиля, у якій змінюються в часі і в просторі два взаємно перпендикулярних вектори: вектор (вектор електричної напруженості електромагнітних хвиль) і вектор (вектор напруженості магнітної складової електромагнітної хвилі), а напрямок швидкості поширення хвилі перпендикулярний до цих векторів. Площини, утворені вектором швидкості хвилі та векторами , визначають площини коливань відповідних векторів.

Дослідами встановлено, що при відбиванні під кутом Брюстера вектор напруженості магнітного поля у відбитому промені знаходиться в площині відбивання. Тому домовилися за площину поляризації електромагнітної хвилі брати площину, у якій відбуваються коливання вектора напруженості магнітного поля в електромагнітної хвилі.

Площина, в якій відбуваються коливання вектора електричної напруженості, одержала назву площини коливань електромагнітної хвилі.

Плоскополяризованим світлом є така електромагнітна хвиля, в якій коливання вектора напруженості магнітного поля і напрямок поширення хвилі знаходяться у такій площині, яка не змінює свого положення в просторі.

Якщо електричні вектори хаотично змінюють свій напрям і всі напрями рівно ймовірні в площині, перпендикулярній до променя, то таке світло називають природним.

Якщо для вектора електричної напруженості існує переважний напрям, то світло називають частково поляризованим.

Прилади, за допомогою яких можна одержати поляризовані світлові хвилі, називаються поляризаторами.

Прилади, за допомогою яких можна переконатися в тому, що світло дійсно поляризоване, називаються аналізаторами. Конструкції певного типу поляризаторів і аналізаторів абсолютно однакові.

Ступінь поляризації світла – це число, що є кількісною характеристикою поляризації і визначається за формулою:

, де І_тах і І_тіп – відповідно максимальна і мінімальна інтенсивність світла, яке пройшло через аналізатор.

Явище поляризації дозволяє пояснити явище подвійного променезаломлення, яке вперше спостерігав у 1669 році Бартолініт на монокристалах ісландського шпату (СаСО₃). Якщо покласти кристал ісландського шпату на газету, то крізь кристал видно подвійне зображення шрифту. Один з променів підпорядковується закону заломлення світла (його показник заломлення не залежить від кута падіння на поверхню кристала і від положення площини падіння променя відносно кристала). А для другого променя показник заломлення залежить від кута падіння променя. Ці два промені є плоско поляризованими у взаємно перпендикулярних площинах.

Закон Малюса: , де І₀ – інтенсивність падаючого на аналізатор плоскополяризованого світла, І – інтенсивність світла після проходження через аналізатор, α – кут між площинами поляризації аналізатора і площиною поляризації коливань світлового променя.

Вимірюючи кут повороту площини поляризації, можна визначити, наприклад, концентрацію речовини у розчинах та інші характеристики. Такі прилади для вимірювань кутів повороту площини поляризації називають поляриметрами (вони є дуже чуткими і точними вимірювальними приладами).