Поляризация при отражении и преломлении

Если угол падения на границу раздела двух диэлектриков не равен нулю, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (точки), а в преломленном луче – колебания параллельные плоскости падения (стрелки). Степень поляризации зависит от угла падения. При угле падения, удовлетворяющем условию

tgi_Б = n₂₁

где n₂₁ – показатель преломления второй среды относительно первой, отраженный луч полностью поляризован. Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном i_Б, достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризованным только частично. Это условие называется законом Брюстера. Угол i_Б называется углом Брюстера или углом полной поляризации. При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Физика явления. Пусть отражение и преломление происходит на границе диэлектрика с вакуумом. Падающая световая волна, проникнув в диэлектрик, заставляет входящие в состав атомов электрические заряды (оптические электроны) совершать вынужденные колебания. Колеблющиеся заряды излучают вторичные электромагнитные волны. Вне диэлектрика вторичные волны, налагаясь друг на друга, дают отраженную волну. Внутри диэлектрика вторичные волны складываются с падающей (первичной) волной. Результат наложения первичной и вторичной волн дает преломленную волну. Вынужденные колебания зарядов совершаются в направлении вектора этой результирующей волны.

Рассмотрим один из зарядов, излучающий вторичную волну. Разложим колебание этого заряда на два колебания, одно из которых совершается в плоскости падения (сплошная двухстороння стрелка), второе – в направлении перпендикулярном к этой плоскости (пунк­тирная двусторонняя стрелка). Каждому из колебаний соответствует плоско поляризованная вторичная волна. Излучение колеблющегося заряда имеет направленный характер. Сильнее всего заряд излу­чает в направлениях, перпендикулярных к направлению колебаний; в направлении колебаний заряд не излучает. Сплошные и пунктирные ле­пестки изображают диаграммы направ­ленности соответствующих колебаний. Из рисунка вид­но, что в направлении отра­женного луча интенсивность волны с плоскостью колеба­ний, перпендикулярной к плоскости падения (пунктир­ный лепесток), намного пре­вышает интенсивность вол­ны, в которой вектор ко­леблется в плоскости паде­ния (сплошной лепесток). Следовательно, в отражен­ном луче колебания, перпен­дикулярные к плоскости па­дения, преобладают над колебаниями иных направле­ний — отраженный луч будет частично поляризован. При падении света под углом Брюстера направление колеба­ний заряда, параллельных плоскости падения (сплош­ная двусторонняя стрелка), совпадает с направлением отраженного луча, так что интенсивность излучения волны с соответствующим направлением поляризации, обращается в нуль — отраженный луч оказывается пол­ностью поляризованным.

В естественном падающем луче интенсивность коле­баний различных направлений одинакова. Энергия этих колебаний распределяется между отраженной и прелом­ленной волной. Поэтому, если в отраженном луче будет больше интенсивность колебаний одного направления, то в силу закона сохранения энергии в преломленном луче должна быть больше интенсивность колебаний другого направления. Отсюда следует, что преломленный луч будет частично поляризован.