Теоретические сведения. Свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других - как поток фотонов

Свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других - как поток фотонов. В яв­лении поляризации проявляется волновая природа света.

Электромагнитные волны поперечны: векторы напряженностей электри­ческого и магнитного полей и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны и взаимно перпендикулярны. Вектор на­пряженности электрического поля называют световым вектором.

В естественном свете (т. е. свете, испускаемом обычными источника­ми) имеются колебания вектора , совершающиеся в самых различных на­правлениях, перпендикулярных к лучу. Эти колебания быстро и беспоря­дочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний век­тора упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Упорядоченность может заключаться в том, что вектор поворачивает­ся вокруг луча, одновременно пульсируя по величине, при этом конец вектора описывает эллипс. Такой свет называется эллиптически поляризованным. Если конец вектора описывает окружность, свет называет­ся поляризованным покругу. Если колебания светового вектора проис­ходят только в одной плоскости, то свет называется плоскополяризованным.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в плоскополяризованной волне, называется плоскостьюколебаний.

Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с по­мощью поляризаторов - приборов, которые свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которую называют плоскостью поляризатора (плоскостью пропускания). Если поляризатор идеальный, то он полностью задерживает колебания, перпендикулярные к его плоскости. На выходе из несовершенного поляризатора получается свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений. Та­кой свет называется частично поляризованным.

В качестве поляризатора в данной работе используется поляроид. По­ляроиды представляют собой тонкие пленки из целлофана или целлулоида, в которые вкраплены тонкие иголки из минерала герапатита. Герапатит - двоякопреломляющее вещество с очень сильным дихроизмом в области ви­димого света. При изготовлении поляроидов все иголки - кристаллики герапатита (сульфата йодистого хинина) - ориентируются приблизительно в одном направлении, благодаря чему пленка становится поляризатором, т. е. пропускает волны с колебаниями одного направления и поглощает волны с перпендикулярными колебаниями.

Частично поляризованный свет, как и естественный, можно предста­вить в виде наложения двух некогерентных плоско- поляризованных волн с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Отличие состоит в том, что в случае естественного света интенсивность этих волн одина­кова, а в случае частично поляризованного - разная.

Если частично поляризованный свет пропустить через поляризатор, то при вращении его вокруг направления распространения света интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от I_max до I_min.

(1)

называется степенью поляризации и характеризует меру поляризации света. В этой формуле I_max и I_min - максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора .

Если естественный свет направить на границу раздела двух диэлект­риков, то часть его отражается, а часть преломляется. При этом отра­женная и преломленная волны оказываются частично поляризованными. В отраженной волне преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения света (на рис. 1 эти колебания обозначены точками), в преломленной волне преобладают колебания, параллельные плоскости падения света (на рис. 1 - двусторонние стрелки). При этом степень поляризации волн зависит от угла падения и показателя преломления второй среды относительно первой.

Рис. 1 Рис. 2

При угле падения i_б, удовлетворяющем условию

, (2)

где n₂₁ - относительный показатель преломления второй среды относи­тельно первой, отраженная волна полностьюполяризована, она содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения света. Степень поля­ризации преломленной волны при угле падения i_б достигает наиболь­шего значения. Однако эта волна поляризована только частично, в ней преобладают колебания, параллельные плоскости падения света, но имеются также и перпендикулярные.

Соотношение (2) носит название закона Брюстера, а угол i_б называют углом Брюстера. При падении света под углом Брюстера отражен­ная и преломленная волны распространяются взаимно перпендикулярно.

Степень поляризации отраженной и преломленной волн при различ­ных углах падения света на границу раздела двух диэлектриков можно получить с помощью формул Френеля. Эти формулы устанавливают соотношение между амплитудами падающей, отраженной и преломленной световых волн:

В формулах (3) i - угол падения, r - угол преломления световой волны, А, А^’ и А^” - амплитуды падающей, отраженной и преломленной све­товых волн, соответственно, символы «║» и «┴» соответствуют колебаниям светового вектора, совершающимся в плоскости падения луча и в плоскости, перпендикулярной к ней, т. е. падающая, отраженная и преломленная волны в этих формулах представлены в виде наложения двух некогерентных волн со взаимно перпендикулярными колебаниями светово­го вектора.

Из первой формулы (3) получается, что при (i+r) =.π/2, т. е. при I = i_б амплитуда обращается в нуль. Следовательно, в отраженной волне присутствуют лишь колебания, перпендикулярные к плоскости падения, - отраженная волна полностью поляризована. Таким образом, закон Брюстера непосредственно вытекает из формул Френеля. В данной работе закон Брюстера используется для определения показа­теля преломления стекла.

Поиск по сайту: