1. Закон Брюстера, или поляризация при отражении от поверхности диэлектрика

Рис. 3.6.4.

Отраженный от диэлектрика (например, стекла) свет всегда частично поляризован. Степень поляризации отраженного луча зависит от относительного показателя преломления диэлектрика и от угла падения луча i.

Опыт показывает, что отраженный луч оказывается полностью плоско поляризованным, если тангенс угла падения равен показателю преломления,

(3.6.1)

при этом угол между отраженным и преломленным лучами равен 90, а угол i_Б называется углом полной поляризации, или углом Брюстера (рис. 3.6.4).

Полученное соотношение (3.6.1) называется законом Брюстера. Он читается так:

Тангенс угла полной поляризации при отражении от диэлектрика равен показателю преломления отражающей среды.

Преломленный луч при этом частично поляризован. Колебания вектора в этом луче совершаются преимущественно в плоскости падения.

Для увеличения степени поляризации проходящего света используют стопу стеклянных пластин. При угле падения, равном углу Брюстера и достаточно большем числе пластин выходящий луч практически полностью поляризован.

Рис. 3.6.5.

2. Поляризация при двойном лучепреломлении

Явление двойного лучепреломления наблюдается в анизотропных средах. Анизотропной средой называется среда, физические свойства которой в различных направлениях различны (например, кристаллы кварца, исландского шпата, турмалина и др.). Предметы, рассматриваемые через такие кристаллы, кажутся раздвоенными.

На рис. 3.6.6 показано прохождение света через кристалл исландского шпата. Прямая О₁О₂ называется кристаллографической осью. Всякое направление в кристалле, параллельное О₁О₂ называется оптической осью. Луч, распространяющийся в этом направлении, не испытывает двойного лучепреломления.

Рис. 3.6.6.

Сечение NО₁NО₂ называется главным сечением кристалла. Эта плоскость проходит через оптическую ось и луч.

Естественный луч разделяется в кристалле на два луча: BD и BС. Луч BС называется обыкновенным лучом и обозначается индексом о. Скорость его в кристалле не зависит от кристаллографического направления, и он подчиняется обычным законам преломления. Показатель преломления для него также не зависит от направления и равен :

. (3.6.2)

Луч BD называется необыкновенным, и обозначается индексом е. Скорость его в кристалле зависит от направления: показатель преломления также зависит от направления в кристалле и равен

(3.6.3)

Таким образом, необыкновенный луч не подчиняется законам преломления. Он, как правило, не лежит в плоскости падения и отклоняется от луча о даже при нормальном падении (рис. 3.6.7). Вдоль направления оптической оси двойного лучепреломления нет.

Рис.3.6.7.

На рис. 3.6.6 и 3.6.7 показано, что как в кристалле, так и по выходе из него лучи о и е поляризованы. Колебания вектора в луче е совершается в плоскости главного сечения (отмечены черточками), а в луче о – в плоскости, перпендикулярной главному сечению (отмечены точками). Свойства обоих лучей, вышедших из кристалла, за исключением направления поляризации, абсолютно одинаковы.

Чтобы использовать такие поляризованные лучи для технических целей, их надо отделить один от другого. Это осуществляется в призме Николя.

Для изготовления призмы Николя две естественные грани кристалла исландского шпата срезают так, чтобы уменьшить угол между поверхностями до 68. Затем кристалл распиливается на две части по плоскости ВD под углом 90 к новым граням.

Обе половины склеиваются канадским бальзамом.

На переднюю грань призмы падает луч S естественного света. В призме он раздваивается на два луча – обыкновенный (n₀ = 1,658) и необыкновенный (n_e = 1,515). Так как n_e<n_к.б.<n₀, то слой канадского бальзама оптически менее плотен, чем исландский шпат, для обыкновенного луча и оптически более плотен для необыкновенного луча. Обыкновенный луч падает на поверхность канадского бальзама под углом, бóльшим чем угол предельного полного внутреннего отражения, и, отразившись, поглощается в оправе призмы. Необыкновенный луч свободно проходит через слой канадского бальзама и после преломления на задней грани выходит из призмы параллельно падающему лучу S. Таким образом, призма Николя преобразует естественный свет в свет плоскополяризованный, плоскость колебаний которого совпадает с главной плоскостью призмы.

Рис. 3.6.8.