2.1.2. Поляризация световых волн

В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называют поляризованным. Обычно рассматривают плоскополяризованный свет, т. е. такой, в котором колебания светового вектора происходят только в одной плоскости.

Плоскополяризованный свет получают из естественного с помощью приборов – поляризаторов. Эти приборы пропускают только колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора. Если через поляризатор пропустить естественный свет с интенсивностью , то интенсивность прошедшего света

Если на поляризатор (в данном случае он называется анализатором, потому что служит для анализа поляризованого света) падает уже плоскополяризованный свет с амплитудой и интенсивностью (рис.2.4), то сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой , где – угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора.

Следовательно, интенсивность прошедшего света определяется выражением

. (2.3)

У равнение (2.3) носит название закона Малюса. Степенью поляризации называется величина

,

где I_max и I_min – соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света I_max = I_min и P = 0, для плоскополяризованного I_min = 0 и P=1. Действие поляризаторов разных типов основано на явлении поляризации света при отражении его от диэлектрика, или на поляризации при двойном лучепреломлении, которое наблюдается при прохождении света через анизотропные вещества (кристаллы).

В первом случае справедлив закон Брюстера, согласно которому отраженный от диэлектрика свет будет полностью поляризован, если

, (2.4)

где – угол падения; – относительный показатель преломления сред (рис. 2.5).

Двойное лучепреломление – это способность прозрачных кристаллов раздваивать каждый падающий на них световой пучок. Если на кристалл направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу (рис. 2.6).

Один из лучей подчиняется закону преломления света и назван обыкновенным (о), второй не подчиняется законом преломления и носит название необыкновенный (е).

Анализ поляризации показывает, что обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Колебания светового вектора в обыкновенном луче происходят перпендикулярно главному сечению кристалла, а в необыкновенном – в плоскости главного сечения.

Существуют вещества, способные вращать плоскость поляризации (на пример кварц, водный раствор сахара, скипидар).

Угол поворота плоскости поляризации для растворов определяется по формуле

, (2.5)

г де  – удельное вращение, численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной концентрации; d – длина пути, пройденного светом в оптически активном веществе; с – массовая концентрация оптически активного вещества в растворе.

Явление вращения плоскости поляризации лежит в основе поляриметрии– метода определения концентрации в растворе оптически активных веществ.