Поляризация при отражении и преломлении от диэлектриков.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

1. Основные понятия.

Свет, в котором направление колебаний напряженности электрического поля упорядочено каким-либо образом, называется поляризованным. Поляризация обусловлена поперечностью световых волн.

Различают

· плоско (или линейно) поляризованный,

· циркулярно (или по кругу) поляризованный,

· эллиптически поляризованный свет.

Рис.1

Свет, в котором происходят всевозможные равновероятные колебания вектора , называется естественным. Это свет оттепловых источников (Солнце, пламя, лампа), где одновременно, независимо друг от друга, излучает множество атомов.

Свет, в котором существует преимущественное направление колебаний вектора , называется частично поляризованным.

а)

б)

в)

Рис. 2 - Схематичное изображение

а) естественного, б) частично-поляризованного,

в) плоскополяризованного света (луч перпендикулярен плоскости рисунка).

(Изображается амплитуда световой волны).

Плоскость, в которой происходят колебания вектора , называется плоскостью поляризации.

Обычно зрительно человек не отличает поляризованный свет от естественного.

2. Способы получения поляризованного света:

1. с помощью поляризаторов и поляроидных пленок,

2. при отражении и преломлении света от диэлектриков,

3. поляризованным является лазерное излучение.

Поляризаторы - пластинки из прозрачных кристаллов с некубической кристаллической решеткой (турмалин, кальцит). В кристаллах луч раздваивается на 2 луча, идущих в разных направлениях с различной скоростью и имеющих взаимно перпендикулярные плоскости поляризации. Один из лучей поглощается (дихроизм) и свет на выходе получается плоскополяризованный.

Поляроиды – полимерные пленки с вкрапленными в них кристалликами герапатита.

Поляризаторы и поляроиды свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которая называется плоскостью поляризатора, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Если на пути частично поляризованного света поставить поляризатор и вращать его вокруг направления луча, то интенсивность прошедшего через поляризатор света будет меняться.

- степень поляризации света, и - максимальная и минимальная интенсивности света, прошедшего через поляризатор.

Для естественного света = и =0,

для плоскополяризованного =0 и = 1.

Закон Малюса.

а) б)

Рисунок 3 - Прохождение плоскополяризованного света через поляризатор.

- амплитуда плоскополяризованной волны, падающей на поляризатор. Интенсивность падающего света ~ .

ОО' – плоскость поляризатора.

- амплитуда плоскополяризованной волны, прошедшей через поляризатор, и ~ интенсивность прошедшего света.

соs²j.

Если же на поляризатор падает естественный свет, то глаз регистрирует среднее значение за некоторый промежуток времени, равное . В этом случае,

. (3)

- интенсивность естественного света.

Уравнения (2) и (3) носят название закона Малюса.

Рисунок 4 - Прохождение естественного света через систему поляризатор – анализатор.

при прохождении естественного света через два поляризатора, скрещенных под углом .

Поляризация при отражении и преломлении от диэлектриков.

Рисунок 5. Отражение и преломление световых лучей от диэлектрика.

Точками показаны колебания светового вектора, перпендикулярные плоскости падения (плоскости рисунка), и стрелками – лежащие в плоскости падения лучей.

Степень поляризации отраженного и преломленного лучей зависит от угла падения и показателей преломления и .

Закон Брюстера: при угле падения , для которого

tg , (6)

отраженный луч полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения).

- угол полной поляризации (угол Брюстера).

Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном углу Брюстера _, достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризованным только частично.