Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера
1 луч – естественный свет
2 луч – отраженный свет
3 луч – преломленный свет
На пути 2 и 3 луча поставим поляризаторы (анализаторы) и убедимся, что 2 и 3 лучи частично поляризованы: так как при вращении анализатора интенсивность лучей то уменьшатся, то увеличивается.
В естественном свете (1 луч) имеет две компоненты и они равноправны.
Первая компонента называется Ѕ поляризованной, она перпендикулярна плоскости чертежа, обозначается точкой Ѕ и называется Ѕ – поляризацией.
Вторая компонента параллельна плоскости чертежа, она называется Р- поляризованной, обозначается ( )Р.
Во 2 и 3 луче также присутствуют и Ѕ, и Р, но оказалось, что во втором луче больше Ѕ – поляризованных волн, чем Р; а в третьем луче – больше Р поляризованных чем Ѕ. Так как отраженные и преломленные лучи лежат в одной плоскости, то в них Е перпендикулярно равноправно и одинаково направлено. Так как угол , то Е параллелен в преломленном луче не параллельной Е в 1 и 2 луче.
Степень поляризации зависит от угла падения луча. Если угол φ1 равен углу Брюстера (iБ), то отраженный луч становится плоскополяризованным, т.е. в нем присутствует Ѕ – поляризация, а преломленный луч становится максимально поляризованным.
- закон Брюстера
При угле падения Брюстера угол между 2 и 3 лучом равен .
то есть между 2 и 3 лучом угол равен .
Явление Брюстера обусловлено поперечностью волн. Входящая в диэлектрик световая волна возбуждает колебание диполей, которые излучают вторичную волну. Вторичная волна распространяется со скоростью с характерной для данной среды. Поперечная волна распространяется с начальной скоростью. Первичная и вторичная волна начинают складываться между собой. В момент излучения вторичная волна имеет такую же фазу, как и первичная, но из-за того, что они распространяются с разной скоростью, возникает разность фаз и вторичная волна гасит первичную, то есть первичная волна в среде замещается вторичной. Расстояние, на котором происходит замещение первичной волны вторичной, называется длиной замещения, обозначается L.
λ - длина волны светового излучения
n- показатель преломления среды.
Например, для стекла длина замещения 10-7м, воздух – 0,5мм, в космосе – 2 световых года.
Линия колебаний электрона перпендикулярна Е продольной, так как свет – это поперечная волна. При угле падения iБ преломленные и отраженные волны перпендикулярны друг другу, а электроны среды, порождающие преломленную волну колеблются вдоль линии, которая должна быть параллельна отраженной волне. Но вдоль линии своего распространения электрон не может излучать, поэтому отраженная волна не содержит Е параллельной, то есть отраженная волна возможна лишь для Е перпендикуляра, Ѕ – поляризация.
Таким образом, отраженная волна обладает только Ѕ – поляризацией, то есть отраженная волна является плоскополяризованной.
В преломленной волне содержится и Ѕ, и Р – поляризации, но Р – поляризация преобладает. Степень поляризации в преломленной волне может быть увеличена при условии, что свет несколько раз падает на границу двух диэлектриков под углом iБ. Например, для стекла n=1,53-р=0,15.
Если заставить падать свет на 15 стеклянных пластинок, расположенных относительно друг друга под углом iБ, то результатом поляризации будет р=0,985. Совокупность пластинок, установленных так, что угол падения света каждый раз равен углу Брюстера, называется стопой. Стопа служит для анализа как отраженного и преломленного света.