Отметим следующие способы преобразования естественного света в плоскополяризованный:
1) при прохождении через анизотропное тело, называемое поляроидом;
2) при отражении света на границе двух диэлектриков;
3) в двойном лучепреломлении в кристаллах, в частности, в призме Николя.
В поляроиде имеется оптическая ось – направление, вдоль которого электроны молекул вещества колеблются сравнительно легко и переизлучают свет. В результате из поляроида выходит свет с направлением вектора – параллельным оптической оси , а векторы поглощаются в поляроиде.
; |
луч |
Рис. 22
При прохождении света через первый поляроид пропускаются только колебания светового вектора (а – поглощаются) (см. рис. 19 в). Соответствующие интенсивности света будут одинаковы: (так как ), а по закону сохранения энергии их сумма – интенсивности падающего естественного света. Следовательно, ; в результате интенсивность выходящего из поляризатора плоскополяризованного света ( ):
(20)
При повороте оптической оси поляризатора вокруг луча только поворачивается плоскость поляризации выходящего света, а его интенсивность не изменяется, согласно формуле (20), благодаря симметрии распределения векторов цугов в естественном луче.
При прохождении плоскополяризованного света через второй поляроид пропускаются только колебания . Как видно по рис. 22, величина ; возводя это равенство в квадрат и умножая на коэффициент пропорциональности (согласно формуле ), получаем закон Малюса:
(21)
Здесь – интенсивности плоскополяризованного света на входе и на выходе 2-го поляроида; угол – угол между осями поляризатора и анализатора.
Вращение 2-го поляроида (и его оси ) вокруг луча приводит к изменению интенсивности выходящего света от максимальной –при параллельных осях поляризатора и анализатора, до минимальной – если оси скрещены под прямым углом: . Таким образом, путем вращения поляроида вокруг луча осуществляется анализ света – по характеру изменения интенсивности света, выходящего из поляроида.
С учетом формулы (20) закон Малюса (21) позволяет определить интенсивность света, прошедшего через два поляроида:
(22)
Поляризация света при отражении от диэлектрика.
Закон Брюстера
Граница раздела двух диэлектриков анизотропна: электроны атомов сравнительно легко смещаются только вдоль поверхности и, совершая вынужденные колебания под действием электрического поля световой волны, переизлучают при этом отраженную и преломленную волну. В результате на границе диэлектриков естественный свет поляризуется.
Рис. 23 | Экспериментально было обнаружено (по изменению интенсивности отраженного луча при вращении вокруг него анализатора), что отраженный луч полностью поляризован при угле падения света (угол Брюстера), который определяется относительным показателем преломления : . (23) Здесь – показатели преломления диэлектриков. |
Отраженный луч, полученный при угле падения , содержит только колебания светового вектора, перпендикулярные плоскости падения (плоскость рисунка). Преломленный луч при угле падения, равном , поляризован максимально, но не полностью. При других углах падения и отраженный, и преломленный луч поляризованы частично.
В решении задачи 14 показано, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Это позволяет понять, почему в отраженном луче нет колебаний вектора , лежащих в плоскости падения (черточки на рис. 23): они по отношению к отраженному лучу были бы продольными, а свет – поперечная электромагнитная волна: в ней световой вектор всегда перпендикулярен лучу (направлению распространения волны).
Явление поляризации отраженного луча используется для его устранения, чтобы убрать блики от воды или стекла в фотоаппаратах и биноклях, с помощью поляроида, оптическая ось которого устанавливается перпендикулярно плоскости колебаний вектора в отраженном луче.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 602.