Поляризация света. Линейно-поляризованный свет. Свет, поляризованный по кругу и эллипсу. Закон Малюса.

В естественном свете колебания направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, свет называют плоско- (или линейно-) поляризованным.

Две когерентные линейно-поляризованные световые волны, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны, при наложении друг на друга дают волну, в которой световой вектор (вектор Е) изменяется со временем так, что конец его описывает эллипс. Такой свет называется эллиптически поляризованным. При разности фаз α, кратной π, эллипс вырождается в прямую и получается линейно-поляризованный свет. При разности фаз, равной нечетному числу π/2, и равенстве амплитуд складываемых волн эллипс превращается в окружность. В этом случае получается свет, поляризованный по кругу.

Пусть на поляризатор падает линейно-поляризованный свет амплитуды A₀ и интенсивности I₀. Сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой A = A₀ cos φ, где φ – угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света I определяется выражением:

I = I₀ cos² φ. (1)

Соотношение (1) носит название закона Малюса.

Получение поляризованного света. Двойное лучепреломление в кристаллах. Дихроизм. Поляризация света при отражении (закон Брюстера).

Плоскополяр.свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, которая называется плоскостью поляризатора, и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости.

При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление, получило название двойного лучепреломления. При двойном лучепреломлении один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным и обозначается на чертежах буквой О. Для другого луча, называемого необыкновенным (его принято обозначать буквой е), отношение sin i₁/sin i₂ не остается постоянным при изменении угла падения.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Весьма сильным дихр. в видимых лучах обладает кристалл турмалина. В нем обыкнов. луч практически полностью поглощ. на длине 1 мм.

Степень поляризации зависит от угла падения. При угле падения, удовлетворяющем условию tg i_B = n₁₂ (1) (где n₁₂ – показатель преломления II среды относительно I), отраженный луч полностью поляризован (он содержит только колебания, перпенд. к пл-ти падения). Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном i_B, достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризов. только частично.

Соотношение (1) носит название закона Брюстера. Угол i_B называют углом Брюстера или углом полной поляризации. При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Искусственное двойное лучепреломление (Эффект Керра)

В 1875 г. Керр обнаружил, что в жидкостях (и в аморфных твердых телах) под действием электрического поля возникает двойное лучепреломление. Это явление получило название эффекта Керра. На рисунке изображена схема установки для наблюдения эфф. Керра в жид-тях. Установка состоит из ячейки Керра, помещенной между скрещенными поляризаторами Р и Р’. При подачи на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля. Разность показателей преломления n₀ и n_e пропорциональна квадрату напряженности поля: n₀ – n_e = kE² . (1)

На пути l между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода Δ = (n₀ – n_e)l = klE² или разность фаз

Последнее выражение принято записывать следующим образом: δ = 2πBlE², где В – характерн. для вещества величина, называемая постоянной Керра. Постоянная Керра зависит от температуры вещества и от длины волны света λ₀.

Эффект Керра объясняется оптической анизотропией молекул жидкости, т. е. различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. В результате жидкость становиться анизотропной. Ориентирующему действию поля противиться тепловое движение молекул. Этим обусловливается наблюдающееся на опыте уменьшение постоянной Керра В с повышением температуры.