Поляризация при отражении и преломлении

 

При падении света на границу раздела двух диэлектриков под углом падения, отличным от нуля, и отраженный луч, и преломленный оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, в преломленном преобладают колебания, параллельные плоскости падения.

При угле падения (угол Брюстера), определяемого условием , отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Степень поляризации и преломления луча максимальная, но . При отраженный и преломленный лучи перпендикулярны.

Степень поляризации можно получить из формулы Френеля, которая вытекает из условий, налагаемых на электромагнитное поле на границе диэлектриков, и выражают соотношения между амплитудами отраженных, преломленных и падающих световых волн:

 

 

При возведении в квадрат и умножении на показатель преломления, получим интенсивности отраженных и преломленных волн:

При отражении естественного света от поверхности диэлектрического света от поверхности диэлектрического зеркала имеют место

; .

 

i – угол падения;

r – угол преломления;

I_o – интенсивность естественного света.

 

Прохождение поляризованного света через анизотропные среды

 

При падении света на прозрачный кристалл (кроме кубических систем) происходит разделение луча на два луча, которые распространяются в кристалле по разным направлениям и с разными скоростями. Это явление называют двойным преломлением.

Один из лучей называется обыкновенным, он подчиняется обычному закону преломления, другой – необыкновенный, так как отношение синусов падения и преломления углов зависит от угла падения и преломленный луч, как правило, не лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром.

Такое поведение света объясняется анизотропией кристаллов (т.е. зависит их свойств от направления).

Кристаллы, разделяющие луч на о и е, называются одноосными (исландский шпат, кварцевый турмалин).

У этих кристаллов есть направление, называемое осью кристалла, распространяясь вдоль которого о и е, лучи не разделяются и движутся с одинаковой скоростью (Ось кристалла не прямая, а направление кристалла).

У двухосных кристаллов оба луча необыкновенные (слюда, гипс).

Любая плоскость, проходящая через ось кристалла, называется главным сечением кристалла. Для удобства её проводят через световой луч.

При выходе из кристалла о и е лучи оказываются поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. В о-луче колебания перпендикулярны главному сечению, а плоскость колебаний в е-луче совпадает с главным сечением.

Явление большего поглощения одного из лучей (о или е) называется дихроизмом, а вещество, обладающее таким свойством, - поляроидом. (турмалин, одинаково направленные кристаллы сульфата йодистого)

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов, диэлектрической проницаемостью в направлении главной оптической оси и в направлениях перпендикулярных ей различные.

Следовательно, так как , то электромагнитным волнам с различными направлениями вектора соответствуют разные показатели преломления и скорости распространения.

Рассмотрим главное сечение. Колебания в о-луче перпендикулярны оптической оси при любом направлении, откуда следует, что скорость его будет одна и та же. Колебания в е-луче совершаются в главном сечении и направление колебаний составляет различные углы с оптической осью и, следовательно, имеет различные скорости.

В направлении главной оптической оси кристалла скорости е и о одинаковы. Для одноосного кристалла вводят показатель преломления об. луча.

;

и показатель преломления необ. луча, перпендикулярного к оптической оси.

 

;

= 0 направление колебаний совпадает с направлением главной оптической оси.

В зависимости от того, какая из скоростей и больше различают положительные кристаллы < ().

Отрицательные кристаллы >().

 

 

Интерференция поляризованных лучей

 

 

Лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях интерферировать не могут (Например, е и о). Но такие лучи можно свести в одну плоскость, поставив на их пути поляризатор так, что его плоскость не совпадает с плоскостью колебания ни одного луча. Тогда амплитуды колебаний, прошедших поляризатор, будут равны проекциям амплитуд лучей на плоскость поляризатора. Если свет направить перпендикулярно пластинке, вырезанной параллельно оптической оси кристалла, то лучи о и е, не разделяясь, будут двигаться с разной скоростью. За время прохождения пластинки толщиной d лучи о и е приобретают разность фаз

Однако, полученные о и е естественного света не интерферируют, так как колебания о и е происходят от разных цугов волн и поэтому некогерентны. Лучи о и е, полученные от предварительно плоско поляризованного света являются когерентными и интерферируют.

Если толщина пластинки удовлетворяет условию

- пластинка в четверть волны

Тогда лучи о и е, образованные от плоско поляризованного света приобретут разность фаз . Если плоскость колебаний поляризованного света до прохождения пластинки образует угол 45⁰ с осью кристалла пластинки, то амплитуда о и е луча будут одинаковы, следовательно, у нас получается поляризованный по окружности свет. Если поставить пластинку перед эллиптически поляризованным светом, то на выходе будет плоско поляризованный. Отсюда метод определения эллиптически поляризованного и естественного света с помощью пластинки в волны и поляризатора.