Поляризация света при отражении и преломлении
При
падении света на границу двух диэлектриков,
если угол падения отличен от нуля,
естественный свет частично поляризуется.
В отраженном луче преобладают колебания,
перпендикулярные к плоскости падения,
в преломленном – колебания параллельные
плоскости падения. Степень поляризации
зависит от угла падения.
Если угол падения удовлетворяет закону
Брюстера:
,
где
угол
называется углом Брюстера,
относительный
показатель преломления, то отраженный
луч полностью плоскооляризован (рис.2).
е
о
Рис. 2 Рис.3
Используя закон преломления света, можно показать, что при полной поляризации отраженного луча угол между преломленным и отраженным лучом равен 900. Явление поляризации света при отражении и преломлении объясняет электромагнитная теория Максвелла.
Таким образом, граница двух диэлектриков или диэлектрика и вакуума является поляризатором.
Поляризация света при двойном лучепреломлении
Некоторые прозрачные кристаллы (исландский шпат, турмалин, кварц) обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается (рис 3). Один из лучей подчиняется закону преломления света, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Этот луч называется обыкновенным лучом и обозначается буквой о. Для другого луча, называемого необыкновенным (его обозначают буквой е), закон преломления света не выполняется: отношение синусов угла падения и угла преломления не остается постоянным и он не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Это явление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний.
Направление, вдоль которого двойного лучепреломления не происходит называется оптической осью кристалла. Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч называется главной. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного – лежат в главной плоскости т.е. лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются как поляризаторы, так как пучки обыкновенных и необыкновенных лучей слишком мало разделены, однако из этих кристаллов изготовляют специальные поляризационные призмы.
Наиболее распространенной является призма Николя (николь).
Призма Николя – призма из исландского шпата (рис. 4), разрезанная по диагонали и склеенная канадским бальзамам (исландский шпат CaCO3 кристалл гексагональной структуры, канадский бальзам – смола канадской пихты). Для канадского бальзама показатель преломления n=1.550, это значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Это позволяет, подобрав соответствующим образом углы призмы и угол падения луча обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч поглощается зачерненной нижней гранью призмы. Необыкновенный луч выходит из призмы николя параллельно нижней грани.
Рис. 4
Явление дихроизма.
Все двояко преломляющие кристаллы в той или иной степени поглощают свет. Это поглощение анизотропно, т.е. зависит от ориентации электрического вектора световой волны, от длины световой волны, а также от направления распространения света в кристалле. Это явление называется дихроизмом, так как проявляется в различной окраске кристаллов по разным направлениям.