Поляризация при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков

П ри падении света на границу раздела двух диэлектриков под углом падения, который отличен от нуля, и отраженный луч, и преломленный оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном, параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения

При угле падения (угол Брюстера), определяемого условием

, (5.4)

отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Степень поляризации преломленного луча максимальна, но . При отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

С тепень поляризации преломленного луча может быть значительно повышена (многократным преломлением при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера). Если, например, для стекла (n = 1,53) степень преломленного луча составляет ~ 15%, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший свет будет практически полностью поляризован. Такая совокупность пластинок называется стопой и может служить и в качестве поляризатора и в качестве анализатора.

Двойное лучепреломление

При падении света на прозрачный кристалл (кроме кубических систем) происходит разделение луча на два, которые распространяются в кристалле по разным направлениям и с разными скоростями. Это явление двойного лучепреломления.

О дин из лучей называется обыкновенным, он подчиняется обычному закону преломления, другой – необыкновенным. Для него отношение синусов падающего и преломленного углов зависит от угла падения и преломленный луч, как правило, не лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точке падения.

Кристаллы, разделяющие луч на о и е, называются одноосными (исландский шпат, кварцевый турмалин).

У этих кристаллов есть направление, оптическая ось кристалла, распространяясь вдоль которого о и е, лучи не разделяются и движутся с одинаковой скоростью. Речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла.

У двухосных кристаллов оба луча необыкновенные (слюда, гипс).

Плоскость, проходящая через оптическую ось кристалла, называется главным сечением. Для удобства её проводят через световой луч.

При выходе из кристалла о и е лучи оказываются поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. В о-луче колебания перпендикулярны главному сечению, а плоскость колебаний в е-луче совпадает с главным сечением.

Явление большего поглощения одного из лучей (о или е) называется дихроизмом, а вещество, обладающее таким свойством, - поляроидом (турмалин).

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов (т.е. зависимостью их свойств от направления). Диэлектрическая проницаемость в направлении главной оптической оси и в направлениях перпендикулярных ей различна. Следовательно, так как , то электромагнитным волнам с различными направлениями вектора соответствуют разные показатели преломления и скорости распространения.

Рассмотрим главное сечение. Колебания в о-луче перпендикулярны оптической оси при любом направлении, откуда следует, что скорость его будет одна и та же. Колебания в е-луче совершаются в главном сечении и направление колебаний составляет различные углы с оптической осью и, следовательно, имеет различные скорости.

В направлении главной оптической оси кристалла скорости е и о одинаковы. Для одноосного кристалла вводят показатель преломления обыкновенного луча: ;

и показатель преломления необыкновенного луча, перпендикулярного к оптической оси: ; .

При = 0 направление колебаний совпадает с направлением главной оптической оси.

В зависимости от того, какая из скоростей и больше различают положительные < ( ) и отрицательные кристаллы > ( ).