Поляризація світла при відбиванні. Закон Брюстера

Якщо природне світло падає на межу поділу двох діелектриків наприклад, повітря і скла, то частина його відбивається, а частина заломлюється і поширюється у другому середовищі. Якщо встановити на шляху відбитого і заломленого променів аналізатор, то можна побачити, що відбитий і заломлений промені частково поляризовані: при обертанні аналізатора навколо осі променів інтенсивність світла періодично посилюється і ослаблюється, однак, повного гасіння не спостерігається.

Розв'язання рівнянь Максвела для електромагнітного поля на межі розділу двох діелектриків дозволяють визначити у відбитому і заломленому променях амплітуди світлового вектора для двох різних поляризацій. Формули Френеля мають вигляд:

, , (3.8)

, . (3.9)

де α і β – кути падіння і заломлення відповідно. З цих формул видно, що тільки при нормальному падінні і близькому до нього (α®0) компоненти і рівні, тобто відбите світло залишається неполяризованим. При інших кутах падіння складова вектора , перпендикулярна до площини падіння , виявляється більшою за паралельну складову , оскільки < . Тобто відбите світло при α>0 є частково поляризованим

Таким чином, у відбитому промені переважають коливання, перпендикулярні до площини падіння ( ), а в заломленому – коливання, паралельні до площини падіння ( ) (рис. 3.6.).

Ступінь поляризації – ступінь виділення світлових хвиль з певною орієнтацією електричного вектора – залежить від кута падіння променів і показника заломлення.

Рис.3.6. Поляризація світла при відбиванні

Відбитий промінь буде лінійно поляризованим у площині, яка перпендикулярна до площини падіння променя, якщо кут падіння задовольняє умові:

, (3.10)

де - показник заломлення другого середовища відносно першого.

Цей закон називається законом Брюстера, а кут - кутом Брюстера.Ступінь поляризації заломленого променя при куті падіння досягає найбільшого значення, проте цей промінь залишається поляризованим лише частково.

Якщо світло падає на границю поділу під кутом Брюстера, то відбитий і заломлений промені взаємно перпендикулярні:

.

Звідси . Отже, , але , тому .

Відбивання під кутом Брюстера дає змогу отримати лінійно поляризоване світло, однак його інтенсивність невелика і для скла (n=1,5) дорівнює близько 15%, тобто основна його частина поширюється у напрямку заломленої хвилі, яка поляризована не повністю. Для збільшення ступеня поляризації заломлених хвиль їх треба пропустити крізь стопу скляних пластинок (рис. 3.7).

Рис.3.7.

Так, для стопа з десяти скляних пластинок дає змогу отримати майже стопроцентну поляризацію заломлених хвиль.

Оскільки інтенсивність світла пропорційна квадрату амплітуди світлового вектора І~ , то формули Френеля (3.8) і (3.9) дозволяють розрахувати залежність інтенсивності відбитого світла від кута падіння. Приблизний вигляд цих залежностей для двох поляризацій падаючого випромінювання представлений на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Залежність інтенсивності відбитого світла від кута падіння