4.4.2 Поляризация света. Закон Малюса

Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной — электрический и магнитный векторы которых в световой волне колеблются перпендикулярно направлению ее распространения. Свет со всевозможными, одинаково вероятными направлениями колебаниями электрического вектора называется естественным светом (рисунок - 4.47). Если колебания электрического вектора происходят в одном направлении, такой свет называется линейно- или плоскополяризованным. Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный свет, используя поляризаторы, устройства, пропускающие колебания только определенного направления. Схема такого опыта, проведенного Малюсом, приведена на рисунке - 4.48.

Рисунок - 4.47	Рисунок - 4.48

Пластинка Т₁, преобразующая естественный свет в плоскополяризованный, является поляризатором. Пластинка Т₂, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором. Обе пластинки совершенно одинаковы, их можно поменять местами.

Если пропустить естественный свет через оба поляризатора, плоскости которых образуют угол α (рисунок - 4.49), то из первого выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого I₀ = ½ I_ест, из второго, выйдет свет интенсивностью

I = I0 cos2α

(4.62),

где I₀ и I -соответствующие интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него. Такое соотношение справедливо для любого поляризатора и анализатора. Оно называется законом Малюса (1775—1812).

Поверхность волны и поверхности нормалей. Распространение плоских волн в кристалле анизотропных веществ связаны с поведением атомов и или молекул, из которых построены кристаллы, которые являются, анизотропными вибраторами. Анизотропный вибратор, вместо одной собственной частоты колебаний (как у изотропного вибратора), имеет в трех вполне определенных взаимно перпендикулярных направлениях три, в общем различные, собственные частоты ω₁, ω₂, ω₃. Это ведет к тому, что различным направлениям колебаний в световой волне соответствуют разные скорости распространения. Для того чтобы получить в этом случае поверхность волны, необходимо в каждом направлении отложить из центра, которым является источник света, радиусы-векторы, равные по величине скорости света в данном направлении. Геометрическое место концов лучей и будет в данном случае волновой поверхностью. На рисунке - 4.50 изображена форма этой поверхности для одного квадранта.

Рисунок - 4.49

Пусть в одноосном кристалле распространяется плоский фронт А (рисунок - 4.51.), направление нормали к которому ОА определяется углами φ и ψ. Если этот плоский фронт, оставаясь параллельным самому себе, переместится от точки О до точки А за время t, то величина v' = ОА/ t представит скорость распространения фазы или, как ее обычно называют, «нормальную» скорость. Откладывая от точки О (рисунок - 4.52) под разными углами φ и ψ отрезки нормалей, пропорциональные «нормальным» скоростям в соответствующих направлениях, мы получим поверхность, которая представит собою геометрическое место концов нормалей; такая поверхность называется поверхностью нормалей. Для обыкновенного луча нормаль к фронту совпадает с лучом и волновая поверхность и поверхность нормалей, следовательно, тоже совпадают между собой, образуя сферу. Для необыкновенного луча поверхность нормалей не совпадает с волновой поверхностью, хотя и отличается от нее незначительно, так как для всех кристаллов углы между лучами и нормалями невелики.

В результате, поверхности нормалей, обыкновенная и необыкновенная, для одноосного кристалла походят на волновые поверхности (рисунок 4.52). Они также соприкасаются в двух точках, через которые проходит оптическая ось О'О". Данной нормали ОА соответствуют параллельные плоские фронты, обыкновенный АА' и необыкновенный ВВ'. Обыкновенный плоский фронт АА' по-прежнему является касательным к сферической поверхности, необыкновенный же плоский фронт ВВ' пересекает эллипсоидальную поверхность нормалей.

Рисунок - 4.50	Рисунок - 4.51.

Производя построение Гюйгенса для случая преломления плоского фронта на границе кристалла, легко видеть, что для любого расположения оптической оси, нормали к обоим фронтам, остаются в плоскости падения. Необыкновенный же луч, как было сказано, может выходить при преломлении из плоскости падения.