4.7. Поляризация света

Свет, излучаемый большинством природных и искусственных источников, представляет собой наложение огромного количества волн (цугов волн), испущенных отдельными атомами. Так как атомы излучают независимо друг от друга, то пространственная ориентация векторовицугов от разных атомов произвольна. Такой свет называетсяестественным(рис.4.15,а)

Рис.4.15

Луч, в котором колебания вектора по каким-либо причинам происходят только в одном направлении (имеют полярность), называется плоско поляризованным (или линейно поляризованным) (рис.4.15,б). Свет, в котором векторимеет преимущественную ориентацию колебаний в каком-либо направлении, называется частично поляризованным (рис.4.15,в). Плоскость, в которой совершает колебания вектор, называетсяплоскостью колебаний. Плоскость, в которой колеблется вектор, назвалиплоскостью поляризации. Угол между этими плоскостями 90⁰.

Естественный свет можно превратить в поляризованный с помощью приборов, которые называются поляризаторами.

Рассмотрим некоторые способы поляризации.

Поляризация при отражении света от диэлектрика

Пусть луч света падает на плоскопараллельную стеклянную пластинку (рис.4.16).

Рис.4.16

Колебания вектора в волне могут быть в самом общем случае разложены на колебания в плоскости чертежа, обозначенные стрелками, и на колебания, перпендикулярные плоскости чертежа, обозначенные точками. Если угол паденияi₁луча на пластинку удовлетворяет условию:илиtgi_бр=n₂₁(4.35)

то луч, отраженный от пластинки, оказывается линейно поляризованным. Здесьn₂₁– показатель преломления второй среды относительно первой вблизи границы их раздела. Уравнение (4.35) носит названиезакона Брюстера. Преломленный луч при выполнении условия (4.35) будет частично поляризованным. Можно также показать, что лучи преломленный и отраженный в этом случае будут взаимно перпендикулярными. При других углах падения оба луча будут частично поляризованными.

Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах

При прохождении света через некоторые (анизотропные) кристаллы наблюдается образование из одного естественного луча двух лучей, линейно поляризованных во взаимноперпендикулярных плоскостях. Это означает, что показатели преломления и скорости распространения лучей у них различны, зависят от направления колебаний вектора в кристалле. Это явление наблюдается, например, в кристаллах кварца, исландского шпата (СаСО₃), турмалина и др. Оно получило названиедвойного лучепреломления. Свидетельствует оно о связи оптических свойств кристаллов с электрическими, в частности, с анизотропией диэлектрической проницаемости среды ε. Явление двойного лучепреломления наблюдается в той или иной степени у всех кристаллов, кроме кубических. Меняя направление падающего луча, можно обнаружить, что в кристаллах существуют такие направления, вдоль которых раздвоение луча не происходит. Это направление являетсяоптической осьюкристалла (одноосные криталлы). Плоскость, проведенная через оптическую ось и данный луч, называетсяплоскостью главного сечениякристалла.

Один из лучей, получивший название обыкновенноголуча, имеет одинаковую скорость распространения (а следовательно, и показатель преломленияn) во всех направлениях в кристалле. На рисунке 4.17 он обозначен буквой О.

Рис.4.17

Обыкновенный луч поляризован в плоскости главного сечения. Другой луч называется необыкновенным (е на рис.4.17). Он поляризован перпендикулярно к плоскости главного сечения. Оба луча отличаются только ориентацией плоскостей поляризации, в остальных отношениях они одинаковы. Однако, в некоторых кристаллах, обладающих двойным лучепреломлением, наблюдается сильное поглощение обыкновенного или необыкновенного луча - явление дихроизма. В результате этого при падении на кристалл естественного луча из него выйдет лишь один линейно поляризованный луч. Такие кристаллы называют поляризаторами. У поляризаторов имеется плоскость, в которой колебания векторапропускаются без изменений (плоскость пропускания поляризатора), и полностью задерживаются колебания, перпендикулярные ей.

Явлением дихроизма, например, обладают кристаллы герапатита. Мелкие кристаллы герапатита вводят в целлулоидные пленки и получают пленочные поляризаторы с большой площадью поверхности-поляроиды. Из прозрачных кристаллов исландского шпата изготовляют призмы Николя (их просто называют николями). Николь - это две призмы, вырезанные определенным образом и склеенные между собой. Ход лучей в николе показан на рисунке 4.17. Интенсивность света, прошедшего через николь

, (4.36)

где k-коэффициент поглощения;

I₀-интенсивность естественного света, падающего на николь.

Приборы, предназначенные для определения степени поляризации света, называются анализаторами. Они не отличаются от поляризаторов.