Физика (стр. 24 )

Если на пути волны поставить две щели (рис. 3.3.27, г), то в случае совпадения плоскостей щелей колебания, поляризованные первой щелью, пройдут через вторую щель без изменения амплитуды. Поворот второй щели на некоторый угол (рис. 3.3.27, д) приведет к тому, что плоскость поляризации повернется на тот же угол, а амплитуда колебаний уменьшится по закону . Здесь – амплитуда колебаний перед щелью, – угол поворота второй щели. Если вторую щель расположить перпендикулярно первой, то колебания за ней распространяться не будут (рис. 3.3.27, е). Таким образом, с помощью второй щели можно определить положение в пространстве плоскости поляризации поляризованной волны. Поэтому вторая щель называется анализатором.

Плоскополяризованный свет. Закон Малюса. Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные определенной плоскости (плоскости поляризатора) и полностью или частично задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости. Во втором случае свет, прошедший через поляризатор, называется частично поляризованным. Если пропустить частично поляризованный свет через идеальный поляризатор, то при вращении этого поляризатора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от до , причем переход от одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол, равный . Выражение называется степенью поляризации. (К эллиптически поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо, так как колебания в этом свете полностью упорядочены и степень поляризации всегда равна единице).

Колебание амплитуды , совершающееся в плоскости, образующей с плоскостью поляризатора угол , можно разложить на два колебания с амплитудами и (рис. 3.3.28; луч перпендикулярен плоскости рисунка). Первое колебание пройдет через прибор, второе будет задержано. Интенсивность прошедшей волны пропорциональна квадрату амплитуды , т. е. равна , где – интенсивность колебания с амплитудой . Следовательно, колебание, параллельное плоскости поляризатора, несет с собой долю интенсивности, равную . В естественном свете все значения равновероятны. Поэтому доля света, прошедшего через поляризатор, будет равна среднему значению , т. е. . При вращении поляризатора вокруг направления естественного луча интенсивность прошедшего света остается одной и той же, изменяется лишь ориентация плоскости поляризации света, выходящего из прибора.

Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды и интенсивности (рис. 3.3.29). Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой , где – угол между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света определяется выражением . Это соотношение носит название закона Малюса.

 

Рис. 3.3.28 Рис. 3.3.29

Поставим на пути естественного света два поляризатора, плоскости которых образуют угол . Из первого поляризатора выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого составит половину интенсивности естественного света . Согласно закону Малюса из второго поляризатора выйдет свет интенсивностью . Таким образом, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, равна . Максимальная интенсивность, равная , получается при (поляризаторы параллельны). При интенсивность равна нулю – скрещенные поляризаторы света не пропускают.

Пример 13. Угол между главными плоскостями двух поляризаторов 45º. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из второго поляризатора, если угол увеличить до 60º?

Решение. Поскольку интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, , то

.

Подставляя данные задачи, получаем: .

Способы получения поляризованного света. Каким же образом можно получить поляризованный свет? Известно несколько способов.

Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков (например, поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис. 3.3.30 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. 3.3.30 они изображены двухсторонними стрелками). Степень поляризации зависит от угла падения.

Обозначим через угол падения, удовлетворяющий условию ( – показатель преломления второй среды относительно первой). При угле падения , равном , отраженный луч будет полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения) (рис. 3.3.31). Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном , достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризованным только частично. Соотношение называется законом Брюстера, а угол называют углом Брюстера. Легко убедиться в том, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. ( ( – угол преломления), откуда ). Следовательно, . Так как угол падения равен углу отражения , то .

При прохождении света через прозрачные кристаллы (кроме изотропных кристаллов) наблюдается явление, получившее название двойного лучепреломления. Это явление заключается в раздвоении световых лучей при прохождении через кристалл (рис. 3.3.32).

 

Рис. 3.3.30 Рис. 3.3.31 Рис. 3.3.32

Один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления и называется обыкновенным (обозначается буквой ). Для другого луча, называемого необыкновенным и обозначаемого буквой , отношение синусов угла падения и угла преломления не остается постоянным при изменении угла падения. Даже при нормальном падении света на кристалл необыкновенный луч отклоняется от нормали.