Теоретичні відомості. 1.Поляризація світла і закон Малюса

1.Поляризація світла і закон Малюса.

Світлові хвилі, що їх випромінюють різні джерела світла, мають електромагнітну природу і є поперечними хвилями. При взаємодії світла з речовиною змінне електричне поле впливає на електрони атомів і молекул речовини, тоді як вплив магнітного поля на заряджені частинки невеликий. Тому в процесі поширення світла головну роль відіграє вектор напруженості електричного поля. Світло, в якому коливання вектора відбувається в усіх напрямках, перпендикулярних до променя, називається природнім.

Світлові хвилі, в яких поперечні коливання електричного вектора відбуваються в одній площині, називаються плоскополяризованими. Площина, в якій відбувається коливання електричного вектора, називається площиною поляризації.

По закону Малюса інтенсивність світла I ₂, яке проходить через аналізатор, пропорційна квадрату косинуса кута a між площинами поляризатора і аналізатора:

(1)

де I ₀ – інтенсивність природного світла,

I ₁ – інтенсивність світла, що виходить з поляризатора,

I ₂ – інтенсивність світла, що виходить з аналізатора.

Закон Малюса легко виводиться, виходячи з властивості поляризатора повністю пропускати хвилі, в яких вектор співпадає з площиною поляризатора та повністю затримується, якщо перпендикулярний до площини поляризатора.

Якщо площини аналізатора і поляризатора перпендикулярні (a = 90°), то говорять, що поляризатор і аналізатор схрещені (встановлені на гасіння світла). Коли ж a = 0°, то інтенсивність світла, що проходить через поляроїди, буде максимальною. Для будь-якого іншого кута a інтенсивність світла буде визначатись згідно (1).

Формула (1) дійсна тільки для ідеальних поляроїдів. Речовина реальних поляроїдів поглинає деяку частину світла, тому формула (1) буде мати вигляд:

(2)

де K ₁ і K ₂ – коефіцієнти поглинання в речовинах поляризатора і аналізатора, як правило, K ₁ і K ₂ £ 1.

Інтенсивність світла, що виходить з поляризатора і аналізатора відповідно дорівнюють:

(3)

(4)

2.Поляризація при відбиванні світла. Закон Брюстера.

Світлові промені, проходячи через межу розділу двох середовищ з різними показниками заломлення n ₁ і n ₂, зазнають заломлення і відбивання. Відбитий і заломлений промені виявляються частково лінійно поляризованими. У відбитому світловому промені коливання вектора відбуваються переважно перпендикулярно площині падіння, а в заломленому – в площині падіння.

Існує такий кут падіння a _Б, його називають кутом Брюстера або кутом повної поляризації, при якому відбитий промінь виявляється повністю лінійно поляризованим. У відбитому промені коливання вектора будуть відбуватись тільки в площині перпендикулярній рисунку (ці коливання показані на рис. 1 крапками).

Це явище називається законом Брюстера. При куті Брюстера відбитий a_Б і заломлений промені перпендикулярні:

(5)

Кут Брюстера визначається співвідношенням:

(5)

де – відносний показник заломлення двох середовищ.

Відбивання під кутом Брюстера дає змогу одержати лінійно поляризоване світло, однак його інтенсивність і для скла (n ₂ = 1,5) дорівнює близько 15%, тобто основна його частина поширюється в напрямі заломлення хвилі, яка поляризована не повністю.