Поляризация света

• Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

• Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.



Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.





Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

В качестве поляризаторов используются кристаллы.

Один из способов получения поляризованного света - отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.



Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, и его поляризация достигает наибольшего значения (но не 100 %, поскольку от границы отразится лишь часть света, поляризованного перпендикулярно к плоскости падения, а оставшаяся часть войдёт в состав преломлённого луча). Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера.

При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.



• Закон Брюстера

tgε_B=n₂₁,

где ε_B — угол падения, при котором отраженная световая волна полностью поляризована;
n₂₁ — относительный показатель преломления.



• Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла φ между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

Говорит о том, что интенсивность плоскополяризованного света в результате прохождения плоскополяризующего фильтра падает пропорционально квадрату косинуса угла между плоскостями поляризации входящего света и фильтра.

I=I₀cos²α,

где I — интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор;
I₀ — интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор;
α — угол между направлением колебаний светового вектора волны, падающей на анализатор, и плоскостью пропускания анализатора.



Поляризатор – это устройство, преобразующее естественный свет в плоско поляризованный.
Анализатор – это устройство, служащие для анализа степени поляризации света.



• Степень поляризации света $P=\frac{I_{max}-I_{min}}{I_{max}+I_{min}}$



где I_max и I_min — максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.

• Угол поворота φ плоскости поляризации оптически активными веществами определяется соотношениями:

а) в твердых телах φ=αd, где α — постоянная вращения; d — длина пути, пройденного светом в оптически активном веществе;
б) в чистых жидкостях φ=[α]ρd, где [α] — удельное вращение; ρ — плотность жидкости;
в) в растворах φ=[α]Cd, где С — массовая концентрация оптически активного вещества в растворе.


Примеры задач:

Найти угол iB полной поляризации при отражении света от стекла..
Предельный угол полного внутреннего отражения для некоторого вещества i=45..