8. Принцип Гюйгенса и принцип Ферма в геометрической оптике.

Принцип Гюйгенса: каждая точка фронта световой волны является источником вторичных когерентных сферических волн; новый фронт волны представляет собой поверхность, огибающую эти фронты.

Принцип Ферма: из множества возможных путей между двумя точками свет выбирает такой путь, для прохождения по которому ему требуется наименьшее время.

Оптическая длина пути — расстояние, на которое свет распространился бы в вакууме за время его прохождения между заданными точками.

Если в среде с абсолютным показателем преломления n за некоторое время свет проходит путь S (геометрический путь), то в вакууме за это же время свет пройдет путь L = n*S (оптический путь).

Оптическая разность хода двух волн Δ = L₂ – L₁ = n₂S₂ – n₁S₁.

9. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет.

Линейно поляризованная световая волна – волна, в которой векторы напряженности электрического поля E всегда направлены одинаково во всех точках пространства. Т.к. E и H перпендикулярны вектор напряженности магнитного поля H также колеблется в одной плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний вектора Е.

Для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение одного из векторов. Таким вектором был выбран вектор Е. Его называют световым вектором – вектором, определяющим взаимодействие света с веществом (с электронами атомов вещества).

Неполяризованной световой волной (естественным светом) называют волну, в которой направление колебаний вектора Е хаотично меняется во времени по всем возможным направлениям.

Обычный источник света испускает неполяризованный свет, поскольку он – результат суперпозиции волн, излучаемых каждым отдельным атомом. Так как процесс испускания света одним атомом не зависит от состояния другого атома, поляризации волн, испущенных разными атомами, совершенно не связаны друг с другом. В результате получающийся свет не поляризован.

Если под влиянием внешних воздействий на свет или внутренних особенностей источника света появляется предпочтительное направление колебаний вектора Е, то такой свет называется частично поляризованным.

На рисунке схематически показаны направления колебаний светового вектора естественного, частично поляризованного и линейно поляризованного света. Волна распространяется перпендикулярно плоскости чертежа.

Полностью поляризованный свет – свет, вектор напряженности Е которого имеет только одно направление, перпендикулярное направлению распространения волны.

Степень поляризации – степень выделения световых волн с определенной ориентацией электрического (и магнитного) вектора напряженности Е и Н.

10.Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера.

Отраженный от поверхности диэлектрика и преломленный лучи всегда частично поляризованы. При этом в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (показаны точками), а в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (показаны стрелками).

Степень поляризации Р зависит от угла падения лучей и относительного показателя преломления сред. При значении угла падения i_П = i_Б выполняется условие tg i_Б = n₂₁ = n₂ / n₁.

Это соотношение известно, как закон Брюстера: при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны, отраженный свет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, а преломленный луч частично поляризован с максимальной степенью поляризации.

Покажем взаимную перпендикулярность отраженного и преломленного лучей. При угле падения, равном углу Брюстера (i_П = i_Б) справедлив закон преломления:

т. е. преломленный луч перпендикулярен отраженному лучу.

При отражении от одной пластинки под углом Брюстера интенсивность линейно поляризованного света крайне мала (около 4 % от интенсивности падающего естественного света). Поэтому для того чтобы увеличить интенсивность отраженного света (или поляризовать свет), применяют несколько пластинок, сложенных в стопу – стопу Столетова. От первой пластинки стопы отражается полностью поляризованный луч (около 4 % первоначальной интенсивности), от второй пластинки – такой же луч (около 3,75 % первоначальной интенсивности) и т. д. При этом луч, выходящий из стопы снизу, по мере добавления пластинок все больше поляризуется в плоскости, параллельной плоскости падения.