43. Поляризация света. Поляризованный и естественный свет. Законы Малюса и Брюстера. Двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации. Оптическая активность вещества.

Ответ. Поляризацией света называется совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных волн. Если колебания светового вектора E упорядочены, то свет называется поляризованным. Свет, в котором колебания вектора E происходят в одной плоскости, называют плоскополяризованным (или линейно поляризованным). Плоскость поляризации ‒ плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой ёволны. Частично поляризованный свет – это свет с преимущественным направлением колебаний вектора E. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным или неполяризованным светом. Для получения поляризованного света используют поляризаторы – специальные устройства, выделяющие плоскополяризованный луч из естественного. Простейшим по устройству и самым дешевым поляризатором является поляроид – специально изготовленная пленка, поверхности которой защищены стеклами. Изучение поляризованных потоков света производится с помощью анализаторов, в принципе устроенных аналогично поляризаторам и в некоторых случаях взаимозаменяемых. Пропустим естественный свет с интенсивностью 𝐼ест через поляризатор 𝑇1. У неполяризованного света световой вектор ориентирован произвольно. Поэтому колебание с амплитудой 𝐴, совершающееся в плоскости, ориентированной под углом 𝜑 к главной плоскости поляризатора, можно разложить на два колебания с амплитудами 𝐴∥ = 𝐴 cos 𝑗 и 𝐴⊥ = 𝐴 sin𝜑. Закон Малюса: интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего через анализатор (в качестве которого используют ещё один поляризатор), описывается формулой: 𝐼0~𝐴∥² и 𝐼 = 𝐼0 𝑐𝑜𝑠2 𝜑, где 𝜑 ‒ угол между плоскостью поляризатора и плоскостью колебаний падающей волны; 𝐼ест ‒ интенсивность падающего естественного света. Пропорциональность интенсивности I квадрату косинуса угла φ объясняется тем, что I ~ E², а величина напряжённости электрической составляющей, прошедшей через анализатор световой волны: E= E0 cosφ. При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков (например, воздуха и воды) часть его отражается, а другая часть преломляется и распространяется во второй среде. Используя анализатор, нетрудно убедиться, что отражённый и преломлённый лучи частично поляризованы. Причём, в отражённом луче преобладают колебания вектора E, перпендикулярные плоскости падения, в преломлённом ‒ колебания вектора E происходят преимущественно в плоскости падения. 𝑡𝑔 𝑖_𝐵 = 𝑛₂/𝑛₁ = 𝑛₂₁, где 𝑛₂₁ ‒ показатель преломления второй среды относительно первой, то отраженный луч является плоскополяризованным. Преломленный луч в этом случае поляризуется максимально, но не полностью. При этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Выражение было экспериментально получено шотландским физиком Д. Брюстером в 1815 г. и называется законом Брюстера. Некоторые вещества (из твёрдых тел - кварц, сахар, киноварь, из жидкостей ‒ водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью поворачивать плоскость поляризации света по мере его распространения в таком веществе. На этом свойстве оптически активных веществ основан метод определения их концентрации в жидких растворах, в частности – сахариметрия. Все вещества, оптически активные в жидком состоянии, обладают таким же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако есть вещества, активные в кристаллическом состоянии, но не активные в жидком (например, расплавленный кварц). Следовательно, оптическая активность обусловлена как строением молекул вещества (их асимметрией), так и особенностями их взаимного расположения. Оптически активные вещества, в зависимости от направления вращения плоскости поляризации, разделяют на право- и левовращающие. В первом случае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, вращается вправо (по часовой стрелке), во втором ‒ влево (против часовой стрелки). М. Фарадеем было обнаружено вращение плоскости поляризации в оптически неактивных веществах, возникающее под действием магнитного поля. Это явление называют эффектом Фарадея (или магнитным вращением плоскости поляризации). В нём впервые обнаружила себя связь между оптическими и электромагнитными явлениями. В некоторых растворах и кристаллах скорость света в различных направлениях неодинакова. Такие среды являются оптически анизотропными и называются двоякопреломляющими. Двойное лучепреломление ‒ это способность прозрачных кристаллов (кроме оптически изотропных кристаллов кубической системы) раздваивать каждый падающий на них световой пучок. Это явление было открыто Э. Бартолином (1670) в кристаллах исландского шпата и впоследствии подробно исследовано X. Гюйгенсом.