Поляризація світла при відбиванні. Закони Брюстера й Малюса
РЕФЕРАТ
на тему:”Поляризація світла”
План
1. Природне і поляризоване світло
2. Поляризація світла при відбиванні. Закони Брюстера й Малюса
3. Подвійне променезаломлення. Звичайний і незвичайний промені. Призма Ніколя
4. Штучна оптична анізотропія. Обертання площини поляризації
Природне і поляризоване світло
В світлових хвилях вектори напруженості електричного поля 
і магнітного поля 
взаємно перпендикулярні і коливаються перпендикулярно до напрямку поширення вектора швидкості 
. Тому для повного опису стану поляризації світлового пучка необхідно знати поведінку лише одного з векторів. Таким вектором є світловий вектор – вектор напруженості електричного поля. При дії світла на речовину дія електричної складової напруженості поля перевищує дію магнітної складової наближено в 100 разів.
Світлове випромінювання є сумарним електромагнітним випромінюванням величезної кількості атомів. Атоми випромінюють світлові хвилі незалежно один від одного, тому світлова хвиля, яка випромінюється тілом, характеризується різними напрямками коливання світлового вектора (рис.1). В даному випадку рівномірний розподіл в просторі векторів пояснюється великою кількістю атомарних випромінювачів, а рівність амплітуд – однаковою середньою інтенсивністю випромінювання кожного з атомів.
Рис. 1
Розглянемо дві взаємно перпендикулярні монохроматичні хвилі, які поширюються вздовж додатного напрямку осі ОХ,
|
|
|
 |
де 
- циклічна частота, 
– хвильове число, Е1, Е2 – амплітуди 
і 
, 
– спільна різниця фаз коливань і .
Щоб знайти траєкторію результуючого коливання світлового вектора при додаванні двох взаємно перпендикулярних коливань, визначимо 
з рівняння для 
:
= 
, (2)
тоді
(3)
Оскільки
то
Піднесемо до квадрату рівняння (4), одержимо:
(4)
Отримане співвідношення (4) є рівнянням еліпса, довільно орієнтованого відносно осей ОУ і OZ. Отже, кінець вектора в кожній точці поля описує еліпс, який лежить у площині, перпендикулярній до осі ОХ. Така хвиля називається еліптично поляризованою.
Якщо 
де (m = 0,1,2,…), то отримуємо рівняння еліпса, орієнтованого відносно осей ОХ і OY :
(5)
Схематично на рис.2 зображено еліптично поляризовану хвилю.
При 
еліпс перетворюється в коло. Така хвиля називається поляризованою по колу.
Рис.2
Якщо внаслідок яких-небудь зовнішніх впливів появляється переважаючий напрямок коливань вектора , то світло частково поляризоване.
|
|
|
Площина, в якій відбувається коливання вектора 
, називається площиною поляризації.
За міру ступеня поляризації приймають вираз
(6)
де 
і 
- відповідно, максимальна і мінімальна інтенсивність світла, що відповідають двом перпендикулярним компонентам вектора .
Для природного світла = і P =0. Для плоскополяризованого - 
=0 і P =1. Для еліптично поляризованого світла поняття ступеня поляризації не застосовується (у такого світла коливання повністю впорядковані).
Плоскополяризоване світло можна отримати з природного за допомогою приладів, які називаються поляризаторами. Ці прилади вільно пропускають коливання, паралельні до площини поляризації, яка називається головною площиною, і повністю або частково затримують коливання, які перпендикулярні цій площині. В ролі поляризаторів можуть бути лише анізотропні середовища в яких в різних напрямках проявляються різні оптичні властивості. Одним із природних кристалів, які використовуються як поляризатори, може бути турмалін.
Прилади, за допомогою яких виявляють поляризацію світла, називають аналізаторами. Роль аналізаторів виконують прилади, за допомогою яких одержують лінійно поляризоване світло (рис.3). Будь-який поляризатор може бути аналізатором і навпаки.
|
|
|
Рис.3
Поляризація світла при відбиванні. Закони Брюстера й Малюса
Якщо природне світло палає на межу поділу двох діелектриків (наприклад, повітря і скла), то частина його відбивається, а частина заломлюється і поширюється у другому середовищі.
Якщо постановити на шляху відбитого і заломленого променів аналізатор, то буде видно, що відбитий і заломлений промені частково поляризовані: при повертанні аналізатора навколо осі інтенсивність світла періодично підсилюється і ослаблюється (повного затухання не спостерігається).
Проведені дослідження показали, що у відбитих променях переважають коливання, перпендикулярні до площини падіння, в заломленому – коли-вання, паралельні до площини падіння (рис.4).
Рис. 4
Ступінь поляризації - ступінь виділення світлових хвиль з певною орієнтацією електричного вектора 
- залежить від кута падіння променів і показника заломлення.
Шотландський фізик Брюстер встановив закон, згідно з яким відбитий промінь є повністю плоскополяризованим при куті падіння 
(кут Брюстера), який задовольняє умову
|
|
|
(7)
де 
–показник заломлення другого середовища відносно першого. Ступінь поляризації заломленого променя при куті падіння досягає найбільшого значення, проте цей промінь залишається поляризованим лише частково.
Якщо світло падає на границю поділу під кутом Брюстера, то відбитий і заломлений промені будуть взаємно перпендикулярними.
Відбивання під кутом Брюстера дає змогу отримати лінійно поляризоване світло, однак його інтенсивність невелика і для скла (n=1,5) дорівнює близько 15%, тобто основна його частина поширюється у напрямку заломлення хвилі, яка поляризована не повністю. Для збільшення ступеня поляризацій заломлених хвиль їх треба пропустити крізь стопу скляних пластинок. Cтопа з десяти скляних пластинок дає змогу отримати майже стопроцентну поляризацію заломлених хвиль.
Нехай на поляризатор падає природне світло (рис.5).
Рис.5
Виберемо хвилю, вектор напруженості електричного поля якої 
, коливається у площині, що утворює з головною площиною поляризатора р-р кут φ. При вході в поляризатор падаючу хвилю можна подати у вигляді двох коливань, які відбуваються у взаємно перпендикулярних площинах:
Перше коливання пройде через поляризатор, друге буде затримане. Інтенсивність хвилі, що пройшла через поляризатор, пропорційна квадрату амплітуди хвилі, тобто дорівнює
(8)
де 
- інтенсивність хвиль, амплітуда яких .
В природному світлі всі значення φ рівно імовірні. Тому частина світла, яке про 
йшло через поляризатор, буде дорівнювати середньому значенню 
, тобто ½.
Якщо обертати поляризатор навколо напрямку проходження природного світла, то інтенсивність світла, яке пройшло через поляризатор, залишається не змінною, при цьому змінюється лише орієнтація площини поляризації світла.
Розглянемо випадок проходження лінійно поляризованого світла через аналізатор. При вході в аналізатор світлового променя з напрямком амплітуди вектора Е під кутом 
до площини поляризації аналізатора, амплітуда електричного вектора якого Ер, ділиться на два лінійно поляризованих промені. Через аналізатор пройде лише складова амплітуди
(9)
Інтенсивність променів, які пройдуть через аналізатор пропорційна квадрату амплітуди, тому
(10)
Отримане співвідношення називається законом Малюса.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 191; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!