5.3. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

При отражении и преломлении света на поверхности диэлектрика всегда происходит частичная поляризация света.

Частичная поляризация - Такая поляризация света, при которой электромагнитные колебания в одной какой-либо плоскости совершаются больше, чем в других.

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателя преломления с таким углом, при котором свет, отражённый от границы раздела, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, причем поляризация преломленного луча достигает наибольшего значения. Легко установить, что в этом случае отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Соответствующий угол называется углом Брюстера. Закон Брюстера: , где n21 — показатель преломления второй среды относительно первой, θBr — угол падения (угол Брюстера).

5.4.Прохождение света через анизотропную среду. Одноосные кристаллы. Обыкновенная и необыкновенная волны.

Двойное лучепреломление - раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду.

Одноосные кристаллы - кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла)

Колебания происходят параллельно оптической оси z эту волну называют необыкновенной волной;

ее фазовая скорость , волновое число . Уравнение этой волны имеет вид:

Обыкновенная волна - электрическое поле Еx колеблется параллельно оси x.

электрическое поле Еx колеблется параллельно оси x.

Уравнение этой волны имеет вид:

Она бежит с фазовой скорость ; волновое число k₀ = kn₀.

5. Интерференция поляризованных волн.

Хорошо известно, что если двоякопреломляющую пластинку поместить между двумя поляроидами и просвечивать эту систему белым светом, то свет на выходе будет частично монохроматизирован. Окраска кристаллической пластинки между поляроидами зависит от их взаимной ориентации и толщины пластинки d. Это явление принято называть интерференцией поляризованных волн.

Двоякопреломляющая пластинка между двумя

поляроидами P1 и P2, z – оптическая ось.

Обозначим амплитуду волны, прошедшей через первый поляроид через E0. Тогда обыкновенная и необыкновенная волна на входе в кристалл будут иметь амплитуды и . После прохождения кристаллической пластины между этими волнами возникает разность фаз

( ). Эти волны не могут дать интерференции, так как они поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Но после прохождения второго поляроида проекции E1 и Е2 электрических полей обыкновенной и необыкновенной волн на разрешенное направление поляроида P2 поляризованы параллельно друг другу и дают интерференцию. Именно поэтому говорят, что окраска прошедшего через всю систему света есть результат интерференции поляризованных волн.

5. Искусственная анизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации (оптическая

активность, эффект Фарадея).

Двойное лучепреломление можно наблюдать и в изотропных средах (аморфных телах), если подвергнуть их механическим нагрузкам.

Изотропное тело, подвергнутое упругим деформациям, может стать анизотропным и изменить состояние поляризации проходящего света. Это явление, открытое в 1818 г. Брюстером, получило название фотоупругости или пьезооптического эффекта. При одностороннем растяжении или сжатии тело становится подобным одноосному кристаллу с оптической осью, параллельной направлению приложенной силы. Мерой возникающей при этом оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна напряжению в данной точке тела. От этого напряжения будет зависеть разность показателей преломления: , где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

Поместим стеклянную пластинку Q между двумя поляризаторами Р и А (рис. 11.14).

Рис. 11.14

В отсутствие механической деформации свет через них проходить не будет. Если же стекло подвергнуть деформации, то свет может пройти, причем картина на экране получится цветная. По распределению цветных полос можно судить о распределении напряжений в стеклянной пластинке (рис. 11.15).

Рис. 11.15

Это явление широко используется для определения прочности деталей. Помещая прозрачные фотоупругие модели между поляризатором и анализатором и подвергая их различным нагрузкам, можно изучать распределения возникающих внутренних напряжений.

Явление искусственной анизотропии может возникать в изотропных средах под воздействием электрического поля (эффект Керра). На рис. 11.16 изображена так называемая ячейка Керра.

Рис. 11.16

Если поляризаторы скрещены, то в отсутствие поля свет через ячейку Керра не проходит. В электрическом поле между пластинками конденсатора жидкость (используется обычно нитробензол) становится анизотропной. Свет, прошедший через кювету, поворачивает плоскость поляризации, и система становится прозрачной. Ячейка Керра может служить затвором света, который управляется потенциалом одного из электродов конденсатора, помещенного в ячейку.

На основе ячеек Керра построены практически безынерционные затворы и модуляторы света с временем срабатывания до 10-12 с.

Величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля: (закон Керра). Здесь n - показатель преломления вещества в отсутствие поля, , где и - показатели преломления для необыкновенной и обыкновенной волн, k - постоянная Керра.

Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света.