Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектрических сред. Формулы Френеля. Угол Брюстера.

Формулы Френеля

На рисунке изображены и обозначены соответствующими значками  составляющие векторов напряженности электрического поля падающей волны , отраженной волны , преломленной волны  .

Вместо напряжённости будем использовать амплитуду А.

Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектрических сред

При падении света на границу раздела двух диэлектриков (например, из воздуха на поверхность стеклянной пластинки) под углом отличным от нуля, отражённый и преломлённый лучи оказываются частично поляризованными: в отражённом луче преобладают колебания вектора Е, перпендикулярные к плоскости падения, а в преломлённом – колебания, параллельные плоскости падения луча.

Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отражённый луч становится полностью поляризованным (закон Брюстера).

Поляризующий эффект:

Свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения (отражённый луч полностью поляризован) (для изотропных молекул). Преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения (степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %).

Степень поляризации преломленного света может быть значитель­но повышена системой одинаковых стеклянных пластинок, расположенных друг за другом так, что свет, выходящий из первой пластинки, падает под углом Брюстера на вторую, из второй  на третью и т.д. Такая система пластин, на­зываемая стеклянной стопой, позволяет путем многократных отражений и преломлений добиться полностью поляризованного света. Например, если для одной стеклянной пластинки степень поляризации преломленного луча состав­ляет приблизительно 15 %, то после преломления на стопе из 8-10 пластинок вы­шедший свет оказывается практически полностью поляризованным (Р≈1).

Двойное лучепреломление. Естественная анизотропия. Одноосные и двуосные кристаллы.

При прохождении света через некоторые кристаллы луч разделяется на два луча. Эффект был открыт в 1670 году Эразмом Бартоломином.

Оптической анизотропией называется зависимость оптических характеристик среды (показателя преломления, скорости распространения волны) от направления. Существует анизотропия двух видов: естественная и искусственная. Естественной анизотропией обладают кристаллические среды. Искусственная или наведенная анизотропия возникает в ранее изотропной среде под действием внешних воздействий, например, электрического поля, механических напряжений и т.п.

Двойное лучепреломление - эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие, распространяющиеся с разными скоростями и в разных направлениях.

Кристаллы с двойным лучепреломлением делят на одноосные и двуосные.

Одноосные кристаллы (шпат, кварц, турмалин): один из лучей – обыкновенный, подчиняется обычному закону лучепреломления (закону Снеллиуса). Второй – необыкновенный, соотношение углов падения и преломления зависит от угла падения (при нормальном падении отклоняется от нормали). Как правило, он не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Двуосные кристаллы (слюда, гипс): оба луча – необыкновенные, показатели преломления для них зависят от направления в кристалле.

У одноосных кристаллов имеется направление (оптическая ось), вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь и с одинаковой скоростью (двойное лучепреломление отсутствует).

Оптическая ось кристалла — это определенное направление в кристалле.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением (главной плоскостью кристалла).

У двуосных кристаллов, соответственно есть два направления, вдоль которых лучи

распространяются без разделения.

О быкновенный и необыкновенный лучи полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к главному сечению

кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости, совпадающей с главным сечением. По выходе из кристалла лучи отличаются только направлением поляризации.

При прохождении плоскополяризованного света через оптически активные вещества (среды) наблюдается поворот плоскости поляризации.

1. Оптически активные в любом агрегатном состоянии (сахар, камфора, винная кислота): оптическая активность обусловлена асимметричным строением их молекул;

2. Оптически активны только в кристаллической фазе (кварц, киноварь); оптическая активность обусловлена специфической ориентацией молекул (ионов) в элементарных ячейках кристалла.

Э ффект Фарадея (магнитооптический эффект): при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея наблюдается только при распространении света вдоль направления намагниченности.