Поляризация при отражении и преломлении

Закон Брюстера.

Если угол падения естественного света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков отличен от нуля, то отраженный и преломленный пучки оказываются частично-поляризованными. В отраженном свете преобладают колебания вектора Е, перпендикулярные к плоскости падения, а в преломленном свете - параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения.

При некотором значении угла падения отраженный свет становится полностью поляризованным, и его плоскость поляризации оказывается перпендикулярной плоскости падения. Этот угол q_Бр удовлетворяет следующему условию:

tgq_Бр = n ₂/ n ₁

Данное соотношение называют законом Брюстера, а угол q_Бр - углом Брюстера или углом полной поляризации. Здесь n ₂/ n ₁ - отношение показателей преломления второй среды и первой (рисунок). Точками и черточками на отраженном и преломленном лучах этого рисунка показаны направления колебаний вектора Е. Можно убедиться, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно ортогональны.

При падении естественного света под углом Брюстера на границу раздела двух прозрачных диэлектриков преломленная волна становится частично поляризованной, причем степень поляризации ее оказывается максимальной. Если падающий луч поляризован в плоскости падения, отраженного луча не будет совсем.

Причину описанных явлений легко понять. Мы знаем, что именно движение зарядов в отражающей среде генерирует исходящий из нее луч, который называют отраженным. Движение зарядов происходит в направлении колебаний светового вектора. Движущиеся заряды генерируют волну, которая распространяется в направлениях, перпендикулярных направлению их движения. В случае движения зарядов в плоскости рисунка, направление отраженного луча совпадает с направлением движения зарядов (падающий и отраженный луч взаимно перпендикулярны), поэтому волна в направлении отраженного луча этими зарядами не излучается.

Из рисунка ясно, что только колебания, перпендикулярные плоскости страницы, дают излучение в направлении отраженного луча, а, следовательно, отраженный луч поляризован перпендикулярно плоскости падения.

Это явление легко продемонстрировать при отражении линейно поляризованного луча от плоской стеклянной пластинки. Поворачивая пластинку под разными углами к направлению падающего поляризованного луча, можно заметить резкий спад интенсивности при значении угла, равном углу Брюстера. Это падение интенсивности наблюдается только в том случае, когда плоскость поляризации совпадает с плоскостью падения. Если же плоскость поляризации перпендикулярна плоскости падения, заметного спада интенсивности отраженного света не наблюдается.

О формулах Френеля

С помощью граничных условий для векторов Е и Н можно найти соотношения между амплитудами и фазами падающей, отраженной и преломленной волн - так называемые формулы Френеля.

С помощью этих формул можно показать, что при произвольном угле падения q₁ (и соответствующем ему углу преломления q₂) коэффициенты отражения линейно-поляризованного света, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости падения (r_^) и параллельна ей (r_ll), определяется следующими выражениями:

Из этих формул, кстати, видно, что при падении под углом Брюстера, когда q₁ + q₂ = p/2, и значит tg(p/2) ® ¥, коэффициент отражения r_ll = 0, т.е. отраженный свет будет полностью линейно-поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Расчетные зависимости для границы воздух-стекло представлены на рисунке (кривая 1 соответствует r_^, а кривая 2 - r_ll).

Поиск по сайту: