8

Лабораторная работа 7.6 Исследование поляризации электромагнитных волн при их отражении от диэлектрика Цель работы:

1. Провести экспериментальную проверку закона Брюстера.

2. Измерить показатель преломления твёрдого диэлектрика.

Основные теоретические сведения

Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной. Вектор напряжённости электрического поля (электрический или световой вектор) и вектор напряжённости магнитного поля (магнитный вектор) в световой волне колеблются в направлении, перпендикулярном скорости распространения волны.

Различают три вида поляризации электромагнитных волн:

• Неполяризованные волны, у которых колебания векторов напряжённости электрического и магнитного полей происходят во всех возможных направлениях. Однако при этом сохраняется взаимно перпендикулярное расположение векторов напряжённостей и фазовой скорости волны .

• Линейно поляризованной волной называется волна, векторы напряжённости полей которой колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, чьё расположение в пространстве не изменяется с течением времени.

• Циркулярно поляризованной волной называется волна, векторы напряженности полей которой вращаются вокруг вектора фазовой скорости волны с частотой её колебаний. Взаимно перпендикулярное расположение векторов также сохраняется.

Уравнение плоской монохроматической линейно-поляризованной волны, распространяющейся в направлении оси :

(1)

(2)

где – циклическая частота, - волновое число, υ – фазовая скорость распространения волны.

В каждой точке электромагнитного поля электрический вектор совершает гармонические колебания в плоскости , которая называется плоскостью колебания. Магнитный вектор колеблется в плоскости – в плоскости поляризации.

Рисунок 1. Колебания векторов напряжённости электрического и магнитного поля в волне.

Световая волна со всевозможными одинаково вероятными направлениями колебаний электрического и магнитного векторов называется естественным светом. В естественном свете плоскости поляризации меняют ориентацию в пространстве с течением времени. Естественный свет можно представить в виде суперпозиции двух волн, которые поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Запишем уравнение естественного света только для электрического вектора волны:

; (3)

, (4)

где – проекции электрического вектора на оси координат, – разность фаз между колебаниями по и . Для естественного света амплитуда колебаний векторов напряжённости электрического поля по осям и одинакова .

Частично поляризованным называется свет, если в нём есть преимущественное направление колебаний электрического вектора: или . Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного света.

Поляризацией света называется выделение линейно или циркулярно поляризованного света из естественного или частично поляризованного. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами. Для определения характера и степени поляризации используют устройства, называемые анализаторами. Поляризатор можно использовать в качестве анализатора. Поляризатор и анализатор чаще всего идентичны по устройству, поэтому для них существует общее название – поляроиды.

Опыт показывает, что электромагнитные волны поляризуются не только при прохождении через диэлектрик, но и при отражении от него. Причём поляризованными оказываются как отражённая волна, так и преломленная (рисунок 2).

Рисунок 2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе диэлектрика.

Направления колебаний вектора напряжённости электрического поля в отражённой волне «2» лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка 2. Направления колебаний вектора напряжённости электрического поля в преломленной волне «3» лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью рисунка 2. Как в отражённых, так и в преломленных лучах в незначительном количестве присутствуют колебания других направлений электрического вектора.