§ 2.4. Поляризация света

Поляризацией света называется совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных (световых) волн.

Обычно рассматривается только электрический вектор Е (световой вектор) электромагнитной волны, т.к. при действии света на вещество основное значение (влияние) имеет именно эта составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.

Атомы излучают световые волны независимо друг от друга определенными порциями (короткими импульсами) которые называются волновыми цугами (длительностью около 10^-8с)

Свет, в котором направления колебания светового вектора (и, следовательно, магнитного вектора тоже) каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

С вет называется плоскополяризованным (или линейно поляризованным), если колебания светового вектора происходят в определенной плоскости, называемой плоскостью поляризации (в некоторых книгах за плоскостью поляризации принимают плоскость колебания магнитного вектора).

Поляризаторы – устройства, пропускающие колебания только определенного направления (например, параллельные главной плоскости или оптической оси поляризатора), и таким образом поляризующие естественный свет. Они же могут быть и анализаторами, т.е. устройствами, определяющие характер и степень поляризации.. Если на анализатор падает частично поляризованный свет, то поворот анализатора вокруг луча сопровождается изменением интенсивности проходящего света от максимальной до минимальной

Степень поляризации определяется выражением:

где I_max и I_min -соответственно максимальная и минимальная интенсивность поляризованного света, пропускаемого анализатором.

Для естественного света I_max=I_min и Р=0.

Д ля плоско поляризованного света I_min=0 и Р=1.

На рисунке показано как естественный свет с интенсивностью I_e, проходя через поляризатор (кристалл турмалина), становится линейно поляризованным с интенсивностью I_п. Обозначая угол между осями поляризатора (РР) или анализатора (АА) (или между плоскостью поляризации света и осью анализатора) α, для выходящего из анализатора светового вектора получаем:

при α = 0, =

при α = π/2 = 0

где – световой вектор плоско поляризованного света после поляризатора

= ·cos α, т.к. I~E²

I=I_п·cos² α закон Малюса (1810г.)

или

Глаз человека не отличает поляризованный свет от естественного

Поляризация света при отражении и преломлении

на границе двух диэлектриков

При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков отраженный и преломленный луч частично поляризуются.

В отраженном луче преобладают колебания перпендикулярные плоскости падения (на рисунке - точки), в преломленном – колебания, параллельные плоскости падения (на рисунке - стрелки). Степень поляризации зависит от угла падения.

Если угол падения i удовлетворяет условию

tg i_B =n₂₁ =n₂ /n₁ (закон Брюстера, i_B – угол Брюстера ),

то отраженный луч полностью поляризуется в плоскости перпендикулярной плоскости падения (плоскополяризованный свет), а преломленный луч поляризуется частично – в нем максимально преобладают колебания, параллельные плоскости падения. При этом отраженный и преломленный луч взаимно перпендикулярны.

Доказательство: т.к. tg i_B =sin i_B /cos i_B =n₂₁ =sin i_B /sin i₂ ,

значит cos i_B = sin i₂ , следовательно i_B + i₂ =π/2 , i_B′=i_B и

i_B′+i_B = π/2.