Закон Брюстера. Вращения плоскости поляризации

При действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая электромагнитного поля световой волны, поскольку именно она оказывает основное действие на электроны в атомах вещества. Поэтому для описания закономерностей поляризации будем рассматривать только световой вектор - вектор напряженности E электрического поля.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества независимо излучающих атомов. Поэтому все ориентации вектора E будут равновероятны. Такой свет называется естественным (рис. 12.1,а).

Поляризованным светом называется свет, в котором направления колебания вектора E каким-либо образом упорядочены.

Частично поляризованный свет (рис.12.1, б) - свет с преимущественным направлением колебаний вектора E. Плоскополяризованный свет – свет в котором вектор Er колеблется только в одной, проходящей через луч плоскости (рис. 12.1, в) и рис. (а) и (б). Эта плоскость называется плоскостью поляризации.

Закон Малюса Пропустим естественный свет с интенсивностью I_ест через поляризатор T₁ (рис. 12.2.). Поставим на пути плоскополяризованного света второй поляризатор T₂ (анализатор) под углом ψ к первому. Интенсивность I света, прошедшего через анализатор, меняется в зависимости от угла ψ по закону Малюса:

(12.1)

Рис.12.1 Рис.12.2 Рис.12.3

Естественный луч света можно представить как луч, в котором колеба­ния происходят в двух взаимно перпендикулярных направлениях, например в плоскости чертежа, которую считаем совпадающей с плоскостью падения (условно отмечаются черточками) и с плоскостью перпендикулярной (отмечаются точками). Эти два вида колебаний по-разному отражают от зеркала из диэлектрика. Если угол α падения света на границу раздела двух диэлектриков с показателями преломления n1 и n2 не равен нулю, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными (рис. 12.2). В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, в преломленном луче - колебания, параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения α. При угле паде­ния, удовлетворяющем условию (закон Брюстера): tgα_полн = n₂₁ (12.2)

[n₂₁ - показатель преломления второй среды относительно первой], отраженный луч полностью поляризован, а преломленный луч поляризован только частично. Из закона Брюстера и закона преломления sinα/sinβ = n₂₁ следует, что при падении луча на диэлектрик под углом полной поляризации луч, отраженный под этим углом, и луч преломленный взаимно перпендикулярны. Выше рассмотрено явление преломления света, возникающее на границе раздела двух сред. Если одна из этих сред анизотропна, т. е. если физические свойства этой среды различны по различным направлениям, то явление преломления происходит сложнее.

Некоторые кристаллы и растворы органических соединений при прохождении сквозь них поляризованного луча поворачивают плоскость его поляризации. Это можно проследить на следующем опыте. При наблюдении источника света сквозь два николя, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, поле зрения будет темное, так как второй николь не пропустит колебаний, прошедших через первый. Поставим между николями тонкую кварцевую пластинку, вырезан­ную перпендикулярно оптической оси. Поле зрения станет светлее. Но поворотом одного из николей на некоторый угол поле зрения снова можно сделать темным. Этот опыт показывает, что при прохождении сквозь кварцевую пластинку свет остался поляризованным, но плоскость его поляризации повернулась на некоторый угол φ. Само явление получило название вращение плоскости поляризации. Вещества, вращающие плоскость поляризации, называют оптически активными. К их числу принадлежит, например, раствор сахара. В твердых телах угол φ поворота плоскости поляризации пропор­ционален длине пути светового луча в теле:

φ = [α]l (12.3)

[α] - вращательная способность (удельное вращение), зависящая от рода вещества, температуры, и длины волны]. Для растворов угол поворота плоскости поляризации равен

φ = [α]сl (12.4)

где [α] - удельное вращение; с - концентрация оптически активного вещества] Величина α зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, температуры и длины волны света. Явление вращения плоскости поляризации нашло применение для определения концентрации какого-либо активного вещества в растворе. Так как угол поворота пропорционален концентрации оптически активного вещества и толщине слоя l, то, используя соотношение (12.4), можно определить концентрацию.

ЛЕКЦИЯ 13. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ

Поиск по сайту: