ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Поляризация света при отражении


При пропускании естественного света че­рез две пластины, плоскости которых образуют угол a, то из первой выйдет плоскополяризованный свет интенсив­ностью , из второй, со­гласно (4-2), интенсивно­стью .

Следовательно, интенсивность света, прошедшего через две пластинки,

,

Откуда

(пластинки па­раллельны) и

(пластинки скрещены).

4.2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков

Если угол падения света на границу раздела двух ди­электриков не равен нулю, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными[3]. В от­раженном луче преобладают колебания, перпендикуляр­ные к плоскости падения (на рис. 4-5 они обо­значены точками), в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения (на рисунке они изо­бражены стрелками). Степень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления. Шотландский физик Д. Брюстер (1781-1868) в 1815 г. установил закон, согласно которому угол полной поляризации aB зависит от относительного показателя преломления отражающей среды

. (4-3)

. Следовательно ,

но = — закон отражения, поэтому .

Отраженный луч является плоскополяризованным (со­держит только колебания, перпендикуляр­ные плоскости падения), пре­ломленный луч пре­ломленный луч оказывается частично по­ляризованным. Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендику­лярны.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена (многократным преломлением при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера). Если, на­пример, для стекла степень по­ляризации преломленного луча составляет »15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляри­зованным. Такой набор пластинок называется стопой Столетова.

4.3. Двойное лучепреломление. Призма Николя

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способно­стью двойного лучепреломления, т. е. раз­двоения каждого падающего на них светового пучка. Это явление, в 1669 г. обнаружено датским ученым Э. Бартолином (1625—1698) для исландского шпата (разновидность каль­цита СаСОз).

Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу (рис. 4-6). Даже в том случае, когда первичный пучок пада­ет на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется (рис.4-7). Второй из этих лучей получил название необыкно­венного (е), а первый — обыкновенно­го (о).

Анализ поляризации света показывает, что вышедшие из кристалла лучи плоско поляризованы во взаимно перпенди-кулярных плоскостях: колебания светового вектора (вектора на­пряженности электрического поля) в обыкновенном луче происходят перпен­дикулярно главной плоскости, в необыкно­венном — в главной плоскости.

Неодинаковое преломление обыкно­венного и необыкновенного лучей указы­вает на различие для них показателей преломления. При любом направлении обыкновенного луча колеба­ния светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому обык­новенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью и, следовательно, показатель преломления n0 для него есть величина постоянная. Для необыкновенного луча угол между на­правлением

колебаний светового вектора и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными скоростями. Следовательно, показатель преломления ne необыкновенного луча яв­ляется переменной величиной, зависящей от направления луча. Таким образом, обыкновенный луч подчиняется закону преломления (отсюда и название «обыкно­венный»), а для необыкновенного луча этот закон не выполняется. После выхода из кристалла эти два луча ничем друг от друга не отличаются, если не принимать во внима­ние поляризацию во взаимно перпендику­лярных плоскостях.

В основе работы поляризационных при­способлений лежит явление двой­ного лучепреломления. Призмы делятся на два класса: 1) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные при­змы); 2) призмы, дающие два поляризован­ных во взаимно перпендикулярных плоско­стях луча (двоякопреломляющие при­змы).

Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей от границы раздела, в то время как другой луч с другим показате­лем преломления проходит через эту гра­ницу. Типичным представителем поляри­зационных призм

является призма Николя[4], называемая часто николем.

Призма Николя (рис.4-8) представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную канадским бальзамом с n =1,55. Оптическая ось призмы составляет с входной гранью угол 48°.

Показатель преломления исландского шпата для обык­новенного луча n0=1,66, а для необыкновенного ne=1,51. Для обыкновенного луча канадский бальзам является сре­дой оптически менее плотной, а для необыкновенного луча — более плотной, чем исландский шпат. Если естественный луч падает на торцовую грань призмы Николя параллельно основанию призмы АВ, то необыкновенный луч проходит через призму, почти не отклоняясь от первоначаль­ного направления, а обыкновенный луч, претерпев полное отражение от слоя канадского бальзама, поглощается зачерненной поверхностью основания АВ. Таким образом, сквозь призму Николя проходит толь­ко один поляризованный луч (необыкновенный) с электрическими ко­лебаниями в главной плоскости призмы.

4.4. Искусственная оптическая анизотропия

Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах. Существуют различ­ные способы получения искусственной оп­тической анизотропии, т. е. сообщения оп­тической анизотропии естественно изо­тропным веществам.

Оптически изотропные вещества ста­новятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической систе­мы, стекла и др.); 2) электрического поля — эффект Керра[5] (жидкости, аморфные те­ла, газы); 3) магнитного поля — эффект Коттона-Мутона (жидкости, стекла, коллоиды).

Мерой возникающей оптической ани­зотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкно­венного лучей в направлении, перпендику­лярном оптической оси:

— (в случае механических деформа­циях тел);

— (в случае электрического поля);

— (в случае магнитного поля),

где k1, k2, k3 — постоянные, зависящие от температуры, длины волны света и природы вещества; Е и Н — соответственно напряженность электрического и магнит­ного полей; s — нормальное напряже­ние (сила, приходящаяся на единицу площа­ди).

Еще в начале прошлого столетия Т. Зеебек и Д. Брюстер обнаружили, что оптически изотропное твердое тело под влиянием механической деформации становится оптически анизотропным. Это свойство легло в основу ме­тода исследования напряжений на моделях.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Похожая информация


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод