38.Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера.

При отражении от границы двух диэлектриков естественный свет частично поляризуется (РИС1)

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном - параллельные ей. Если угол падения удовлетворяет условию:

то отраженный луч полностью плоскополяризован (рис. 2). Соотношение (25.3) выражает закон Брюстера.Здесь угол падения I_Б - угол Брюстера, или угол полной поляризации; η - относительный показатель преломления двух сред.

Преломленный луч при выполнении закона Брюстера частично поляризован, при этом

12

степень его поляризации наибольшая.

Используя (25.3) и закон преломления, нетрудно показать, что при полной поляризации

отраженного света угол между преломленным и отраженным лучами равен 90°.

39.Поляризация света при двойном лучепреломлении. Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Закон Био.

Некоторые прозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются обычные законы преломления, и поэтому этот луч называют обыкновенным, для другого – эти законы не выполняются и луч называют необыкновенным.

Двойное лучепреломление при нормальном падении света на поверхность кристалла обыкновенный (о) луч, как это следует из закона преломления, проходит не преломляясь, необыкновенный (е) — преломляется.

Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и оба луча, обыкновенный и необыкновенный, распространяются с одной скоростью, называют оптическими осями кристалла(штриховая линия на рис. 10). Если такое направление одно, то кристаллы называют одноосными. К ним принадлежит исландский шпат (разновидность углекислого кальция СаС0₃ — кристалл гексагональной системы), кварц, турмалин (сложный алюмосиликат, кристаллы тригональной системы) и др. Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главной плоскостью кристалла. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного — лежат в главной плоскости кристалла, т. е. эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах

Из анизотропных кристаллов изготавливают специальные поляризационные призмы.

Рассмотрим наиболее распространенную призму, предложенную У. Николем (призма Николя, или просто николь).

Николь представляет собой призму из кристалла исландского шпата, разрезанного по диагонали и склеенного канадским бальзамом К (рис. 11). Для него n = 1.550 (у исландского шпата nо=1.6584) ; это значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей исландского шпата. Это позволяет, подобрав соответствующим образом углы призмы, обеспечить полное отражение обыкновенного (о) луча на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч в этом случае поглощается зачерненной нижней гранью или выводится из кристалла. Необыкновенный (е) луч выходит из николя параллельно нижней грани.

ращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество. Вещества, обладающие таким свойством, называют оптически активными.

Пусть монохроматический свет падает от источника S на систему поляризатор Р — анализатор А (рис. 12), которые поставлены скрещенно, т. е. их главные плоскости взаимно перпендикулярны. В этом случае свет до наблюдателя не дойдет, так как анализатор не пропустит плоскополяризованный свет в соответствии с законом Малюса (φ = 90°).

Если между поляризатором и анализатором поместить кварцевую пластинку так, чтобы свет проходил вдоль ее оптической оси, то в общем случае свет дойдет до наблюдателя. Если же анализатор повернуть на определенный угол, то можно вновь добиться затемнения. Это свидетельствует о том, что кварцевая пластинка вызвала поворот плоскости поляризации на угол, соответствующий повороту анализатора для получения затемнения.

Используя в опыте свет различных длин волн, можно обнаружить дисперсию вращения плоскости поляризации (вращательную дисперсию), т. е. зависимость угла поворота от длины волны.

α=α₀I ,где α_{0-постоянная вращения}

Для растворов был установлен следующий количественный закон:

а = [а₀]С l , (12)

где С — концентрация оптически активного вещества, l — толщина слоя раствора, [а₀] — удельное вращение, которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя.

Соотношение (12) лежит в основе весьма чувствительного метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности сахара.

Этот метод (поляриметрия, или сахариметрия) используют в медицине для определения концентрации сахара в моче, в биофизических исследованиях, а также в пищевой промышленности. Соответствующие измерительные приборы называют поляриметрами или сахариметрами.

Поляриметр позволяет измерять не только концентрацию, но и удельное вращение.