Поляризація світла

Якщо світло падає на межу розподілу під кутом Брюстера, то напрями поширення відбитої і заломленої хвиль взаємно перпендикулярні

(tg ίB = sin ίB/cos ίB, n21 = sin ίB/sin ί2, де ί2 – кут заломлення, звідки cos ίB= sin ί2 . Отже, ίB + ί2 = π/2, але ίB = ί΄B (закон відбиття), тому ί΄B+ ί2 = π/2).

Ступінь поляризації заломленого світла може бути значно більшим завдяки багаторазовим заломленням при умові падіння світла кожен раз на межу розподілу під кутом Брюстера. Якщо, наприклад, для скла ( n = 1,53) ступінь поляризації заломленого променя ≈ 15%, то після заломлення на 8 – 10 однакових скляних пластинках, розміщених одна за одною, світло, яке виходить з такої системи , буде практично повністю поляризоване. Така сукупність пластинок називається стопою. Стопа дає можливість проаналізувати світло як при відбитті, так і при заломленні.

3. Подвійне заломлення променів.

Всі прозорі кристали (крім кристалів кубічної системи, які оптично ізотропні) здатні до подвійного заломлення променів, тобто промінь світла, що падає на поверхню кристала , роздвоюється в ньому на два заломлені промені, які в загальному випадку мають різні напрями. Це явище, вперше виявлене датським вченим Е.Бартоліном (1625-1698р.р.) для ісландського шпату (різновидність кальциту CaCO3), пояснюється особливостями розповсюдження світла в анізотропних середовищах.Якщо на товстий кристал ісландського шпату падає вузький пучок світла, то з кристалу вийдуть два просторово розділені промені, паралельні один одному і падаючому променю. І в тому випадку, коли первинний пучок падає на кристал нормально, заломлений пучок розподіляється на два, причому один з них є продовженням первинного, а другий відхиляється (рис.21).

Рис.21

Перший промінь називається звичайним (0), а другий – незвичайним (е).

У кристалі ісландського шпату існує єдиний напрямок, уздовж якого подвійного заломлення променів не спостерігається. Напрям у кристалі, вздовж якого промінь розповсюджується, не виявляючи подвійного заломлення променів, називається оптичною віссю кристала. Це напрям, а не пряма лінія, що проходить крізь будь-яку точку кристалу. Кожна пряма, яка проходить паралельно даному напрямку, є оптичною віссю кристала.

Площина, яка проходить через промінь і оптичну вісь кристалу, що перетинає промінь, називається головною площиною, або головним перерізом кристалу. Аналіз світла (наприклад, за допомогою турмаліну або скляного дзеркала) показує, що після проходження кристала промені стають плоскополяризованими у взаємно перпендикулярних площинах: коливання світлового вектора (вектора напруженості Е електричного поля) у звичайному промені проходять перпендикулярно до головної площини, а в незвичайному – в головній площині (рис.21). Неоднакове заломлення звичайного і незвичайного променів вказує на різницю їх показників заломлення. Очевидно, що для будь-якого напрямку звичайного променя коливання світлового вектора перпендикулярні до оптичної осі кристалу, тому звичайний промінь розповсюджується по всіх напрямках з однаковою швидкістю, отже , показник заломлення n0 для нього є сталою величиною. Незвичайний промінь має між напрямком коливань світлового вектора і оптичною віссю кут, відмінний від прямого, який залежить від напрямку променя, тому незвичайні промені розповсюджуються в різних напрямках з різними швидкостями. Отже, показник заломлення ne незвичайного променя є змінною величиною, яка залежить від напряму променя. Таким чином, звичайний промінь підпорядковується закону заломлення (звідси і назва – “звичайний”), а для незвичайного променя цей закон не виконується. Після проходження кристала, якщо не брати до уваги поляризацію у взаємно перпендикулярних площинах, ці два промені не відрізняються один від одного.

4.Поляризаційні призми та поляроїди.

В основа роботи поляризаційних пристроїв, які використовують для отримання поляризованого світла, лежить явище подвійного заломлення променів. Найчастіше для цього застосовують призми та поляроїди.

Поляризаційні призми побудовані за принципом повного відбиття одного з променів (наприклад, звичайного) від межі розподілу, в той час як другий промінь, з іншим показником заломлення , проходить крізь цю межу. Як приклад поляризатора, в якому використовується явище подвійного заломлення променів, розглянемо призму шотландського вченого В.Ніколя (1768-1861 р.р.), яку ще називають нікелем. Призма Ніколя – це подвійна призма з ісландського шпату, склеєна вздовж лінії АВ (рис.22) канадським бальзамом з n = 1,55 для світла з λ = 5,89 10-7м. Оптична вісь 00΄ призми утворює з вхідною гранню кут 48о.. На передній грані призми природний промінь, паралельний ребру СВ, роздвоюється на два промені: звичайний (nо = 1,658) та незвичайний (nе = 1,515).