ГОС / 32

32. Естественный и поляризованный свет. Оптические свойства кристаллов. Поляризаторы и анализаторы.

Поперечность колебаний является совершенно общим свойством всякой электромагнитной волны, не зависящим ни от выбора направления распространения, ни от характера излучателя. Это вытекает из того, что вектор магнитной индукции и напряженность электрического поля в ЭМВ всегда перпендикулярны к направлению распространения, а значит, и колебания их происходит перпендикулярно к этому направлению, что характерно для поперечных волн.

Свет – это волна. Поляризованной волной называется волна колебание вектора напряженности электрического поля упорядочено каким-либо образом. С вет, в котором колебание вектора не упорядочен называется естественным светом. , , тогда . При – плоскополяризованные колебания. Плоскость в которой колеблется носит название плоскости поляризации, а плоскость перпендикулярная ей – плоскость колебания. При и , тогда и возникает круговая поляризация (свет циркулярно поляризован). При и , тогда конец вектора описывает эллипс – эллиптическая поляризация. Устройства с помощью которых можно получить поляризованный свет, называются поляризаторами. Любой поляризатор характеризуется плоскостью поляризации. Свет, направление вектора в котором совпадает с направлением плоскости поляризации поляризатора, проходит через него. Обнаружить поляризован или нет свет человек не может. Поэтому существуют устройства позволяющие обнаружить поляризованный свет. Они называются анализаторами. В роли анализатора может выступать устройство из двух поляризаторов. После поляризации интенсивность света уменьшается в зависимости от угла между вектором и плоскостью поляризации поляризатора по закону Малюса . Если найти среднее значение интенсивности света после поляризации, то оно составит половину интенсивности естественного света . Для анализатора , где – угол между плоскостями поляризатора и анализатора. При 0 или при 180⁰ интенсивность света после анализатора максимальна, а при 90⁰ равна нулю. Степенью поляризации называется отношение . Если , то свет плоско поляризован. Если , то свет естественный либо циркулярно поляризован. Для эллиптически поляризованного света понятия степени поляризации нет.

При отражении и преломлении лучей на границе раздела двух сред как отраженный, так и преломленный лучи частично поляризуются. Изучение этого явления показывает, что в случае прозрачных веществ преломленный луч всегда поляризуется только частично, а для отраженного луча имеется одно направление, в котором он полностью поляризован. Оказывается, что полная поляризация отраженного луча получается в том случае, когда угол между отраженным и преломленным лучами равен . Обозначим угол падения для этого случая через , тогда получим из закона преломления – закон Брюстера (тангенс угла падения () при полной поляризации отраженного луча равен показателю преломления). Введем обозначения амплитуда падающего света, амплитуда отраженного света, амплитуда преломленного света. Впервые соотношения между амплитудами падающего, преломленного и отраженного света получил Френель.

отраженная волна

преломленная волна

В природе существуют кристаллы, не обладающие кубической симметрией, проходя через которые, световой луч расщепляются на два луча (кварц, гипс, слюда, турмалин и т.д.). Э ти кристаллы делятся на одноосные и двуосные. Оптической осью кристалла называется направление, проходя вдоль которого падающий луч не расщепляется на два луча. Оптической плоскостью называется плоскость, проходящая через падающий луч и оптическую ось кристалла. Необыкновенный луч обладает другой скоростью распространения, нежели обыкновенный.

Некоторые вещества, которые носят название оптически активные, могут поворачивать плоскость поляризации (кварц, никотин, раствор сахара). Существуют право-вращательные и лево-вращательные вещества. Помимо активных веществ вращать плоскость поляризации могут и не активные вещества, если воздействовать на эти вещества (например, магнитным полем). Год действия магнитного поля приводит к появлению оптической активности у данного вещества. Этот эффект носит название эффекта Фарадея.

Некоторые изотропные вещества можно сделать анизотропными, воздействуя на них каким-либо образом. Если кристалл подвергнуть деформации, то он будет обладать свойством двойного лучепреломления. Для получения анизотропной жидкости в нее нужно поместить электрическое поле (эффект Керра). Такой же эффект и для газов.