§5. Поляризация света9.

Световая волна слагается из множества электромагнитных волн, испускаемых отдельными атомами независимо друг от друга. Векторы напряженности электрического и магнитного полей в каждой электромагнитной волне ориентированы перпендикулярно друг к другу и к направлению распространения (рис.31), причем в каждой волне ориентированы случайным образом. Свет, создаваемой такой волной, называется естественным (солнце, лампочка, свеча и т.д. и т.п.).

О

Рис. 31

-а- -б-

Здесь векторы соответствуют амплитудным значениям напряженности электрического поля .

Рис. 32

ПРЕДЕЛЕНИЕ: Свет, в котором колебания векторов и каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Справка 11.

Явление поляризации также подтверждает волновую точку зрения на природу света.

Рис. 33

Свет, у которого колебания вектора происходят все время только в одной плоскости, называется плоскополяризованным и схематически изображается как показано на рисунке 32а. Плоскость, в которой колеблется вектор (вектор напряженности электрического поля), называется плоскостью колебаний. Если вектор при колебаниях описывает некоторую окружность, поляризация называется круговой, если – эллипс, то эллиптической. Плоскость, в которой происходят колебания вектора , называется плоскостью поляризации. Если у светового луча амплитудные значения вектора неодинаковы для различных плоскостей колебаний, то свет называется частично поляризованным (на рисунке 32б изображен свет, у которого колебания совершаются преимущественно в вертикальной плоскости).

У естественного света нет преимущественного направления колебаний, все направления равновероятны (рис.33).

.205.1. Закон Малюсаv.

Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую называют плоскостью поляризации, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

Рис. 34

Колебание амплитуды A, совершающее в плоскости, образующей с плоскостью поляризатора , можно разложить на два колебания (рис.34):

и .

Первое колебание пройдет через прибор и его интенсивность равна , где J – интенсивность колебания с амплитудой A.

В

Рис. 35

естественном свете все значения  равновероятны, поэтому доля света, прошедшего через поляризатор будет равна среднему значению , т.е. 1/2.

Справка 12.

Анализатор – прибор, с помощью которого можно обнаружить положение плоскости колебаний плоскополяризованной волны.

Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды A₀ и интенсивности J₀ (рис.35). Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой ,где угол   угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света

 закон Малюса.

(Рекомендуется для самостоятельного изучения)

.215.2. Способы получения поляризованного света. Закон Брюстераw.

Существует три способа получения поляризованного света:

1. При отражении.

2. При преломлении.

3

Справка 13.

К природным кристаллам, поляризующим свет, относится, в частности, турмалин.

. При двойном лучепреломлении.

Рис. 36

Рис. 37

Как показывает опыт, отраженный и преломленный лучи всегда частично поляризованы. Степень поляризации зависит от угла падения и показателя преломления отражающей среды. В отраженном луче (рис.36) преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (обозначим их ()), а в преломленном луче преобладают колебания параллельные плоскости падения (обозначим их ( )).

Существует такой угол падения луча, при котором отраженный луч будет полностью поляризованным, а преломленный луч по-прежнему останется частично поляризованным. Это выполняется, если (рис.37). И тогда

.

Получили закон Брюстера или закон полной поляризации.

Здесь _Б – угол полной поляризации, n₁₂ – относительный показатель преломления.

Закон Брюстера: Луч света, отраженный от границы раздела двух диэлектриков полностью поляризован, если тангенс угла падения равен относительному показателю преломления той среды, от которой луч отражается.

Можно добиться, что и преломленный луч будет полностью поляризован. Для этого вместо одной пластинки пользуются стопой стеклянных пластинок, расположенных друг за другом так, что свет, выходящий из первой пластинки, падает под углом Брюстера на вторую, из второй – на третью и т.д. Свет, прошедший через стопу пластинок, после многократных отражений и преломлений будет практически полностью поляризован.

ДОПОЛНЕНИЕ 3.

В общем случае степень поляризации отраженного и преломленного лучей при различных углах падения можно получить с помощью формул Френеля, которые вытекают из условий, налагаемых на электромагнитное поле на границе двух диэлектриков. К числу таких условий принадлежит равенство тангенциальных составляющих векторов и , а также равенство нормальных составляющих векторов и по обе стороны границы раздела (с одной стороны нужно брать сумму соответствующих векторов для падающей и отраженной волн, с другой – вектор для преломленной волны).

Введем:

и - амплитуды падающих волн;

и - амплитуды отраженных волн;

и - амплитуды преломленных волн;

₁ – угол падения;

₂ – угол преломления.

Тогда формулы Френеля будут иметь вид:

	 для отраженной волны
	 для преломленной волны

Если в первой формуле положить , то . Значит, в отраженной волне присутствуют колебания, перпендикулярные плоскости падения – отраженная волна полностью поляризована.