7

Лекция 7 Поляризация света Вопросы

1. Естественный и поляризованный свет.

2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков.

3. Двойное лучепреломление.

4. Интерференция поляризованного света.

5. Применение поляризованного света.

1. Естественный и поляризованный свет

Явление поляризации света  это третье (после интерференции и дифракции) явление, подтверждающее волновую природу света.

Электромагнитная волна представляет собой колебания электрического и магнитного полей. Физиоло­гическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другое действие света на вещество вызывается электрическим полем, поэтому вектор называют световым вектором. Плоскость, в которой происходят колебания этого вектора, на­зывается плоскостью поляризации.

Рис. 1. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна.

Векторы , и взаимно перпендикулярны.

Свет, в котором на­пра­в­ления колебаний упоря­до­че­ны каким-либо образом, называется поляризованным све­том. Свет, в котором ко­ле­бания одного направ­ле­ния преобладают над коле­ба­ни­ями других направлений, на­зывается частично поля­ри­зованным светом.

Глаз человека не от­ли­ча­ет естественный свет от по­ляризован­ного. Зри­тель­ное ощущение вызывает только интенсивность света J.

Интенсивностью све­то­вой волны называется ве­ли­чина J, численно равная энергии, которую переносит волна за единицу времени сквозь единицу площади по­верх­ности, перпендикуляр­ной направлению распрост­ранения волны.

Интенсивность элек­тро­­магнитной волны про­пор­циональна квадрату ам­пли­тудного значения напря­женности электрического поля , т.е. .

степень поляризации (1)

Для естественного света: J_max = J_min и Р = 0; для плоско поляризованного света J_min = 0 и Р = 1.

Рис. 3. Прохождение естественного света

через два идеальных поляризатора.

yy' – разрешенные направления поляризаторов.

Плоскостью поля­ри­зации называется пло­с­кость, проходящая через направление колебаний све­тового вектора плоско по­ляризованной волны и направление распро­стра­не­ния этой волны.

Поляризатор – ве­ще­с­­тво, пропускающее свет оп­ределенного нап­ра­вле­­­ния (например, тур­ма­лин).

Рис. 4. Иллюстрация к закону Малюса

В 1809 году француз­ский инженер Э. Малюс установил:

 закон Малюса (2)

При повороте плоскости поляри­за­ции интенсивность пропускаемого че­рез поляризатор света уменьшается про­порционально косинусу угла пово­ро­та в квадрате.

При пропускании естественного света через два поляризатора выйдет свет интенсивностью

из первого : , из второго: ;

;.

2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков

При падении света на поверхность ди­электрика (на­пример, стекла) отра­жен­ный и преломленный лучи оказыва­ют­ся частично поляризованными: в от­ра­женном луче преоблада­ют колебания вектора , перпендикулярные к пло­ско­сти падения, а в преломленном  ко­ле­бания вектора , параллельные пло­ско­сти падения луча.

Однако степень поля­ризации оказывается раз­личной в отраженном и прелом­ленном лучах и зависит от угла падения лучей и показа­теля преломления диэлектрика. Шотландский физик Д. Брюстер устано­вил, что при угле падения i_Б , называемом углом Брюстера, отражён­ный луч является плоскополяризованным. Преломленный же луч при угле падения i_Б оказывается частично поляризованным (в нем преоблада­ют колебания, лежащие в плоскости падения луча).

При угле падения i_Б, называемом уг­лом Брюстера, определяемого соот­но­шением

tg i_Б = n₂₁ , (3)

(n₂₁ = n₂/n₁) отражён­ный луч является плоско поляризованным (содержит толь­ко колебания, перпендикулярные пло­ско­сти падения). Преломленный луч при угле падения i_Б поляризуется мак­си­мально, но не полностью (в нем преоблада­ют колебания, лежащие в плоскости падения луча).

; (3)

 отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Таким образом, стеклянная пластинка или любой другой изотропный диэлектрик мо­гут служить поляризаторами, если на них падает луч естественного света под углом Брюстера.

Степень поляризации преломленного света может быть значитель­но повышена системой одинаковых 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. Такая система пластин, на­зываемая стеклянной стопой, позволяет путем многократных отражений и преломлений добиться полностью поляризованного света. Например, если для одной стеклянной пластинки степень поляризации преломленного луча состав­ляет ~ 15 %, то после преломления на стопе из 8-10 пластинок вы­шедший свет оказывается практически полностью поляризованным (Р ≈1).