4.1.2. Кількісною характеристикою поляризації світла є ступінь поляризації.

Для його визначення в площині, яка перпендикулярна до площини коливань вектора ,треба провести прямокутну систему координат OXY й спроектувати амплітудні значення векторів з однієї чверті на осі OX і OY, а потім знайти суми проекцій та .

Оскільки інтенсивність світла пропорційна квадрату амплітуди, то , .

Ступінь поляризації визначається виразом:

Для плоско поляризованого світла , тому ступінь поляризації Р = 1 (мал. 4.1.5,а). Для природного світла , оскільки суми проекцій векторів на обидві осі є однаковими (мал. 4.1.5,б), тому ступінь поляризації Р = 0. Для частково поляризованого світла ступінь поляризації змінюється в межах 0 < P < 1 (мал.

4.1.5,в).

Мал. 4.1.5. Розташування векторів у першій чверті системи координат OXY:

а) плоско поляризоване світло; б) природне світло; в) частково

поляризоване світло

Природна світлова хвиля, що падає на межу поділу двох діелектриків (наприклад, повітря – скло) з показниками заломлення і , поділяється на відбиту та заломлену хвилі.

Експерименти показують, що обидві хвилі є частково поляризовані, причому для відбитої хвилі переважаючим є напрям коливань вектора , який перпендикулярний до площини падіння, а для заломленої хвилі переважаючим є напрям коливань вектора , який лежить в площині падіння (мал. 4.1.6,а). Площиною падіння називають таку площину, в який лежить падаючий промінь, відбитий промінь, заломлений промінь та перпендикуляр, поставлений в точку падіння.

Мал. 4.1.6. Відбивання та заломлення природної світлової хвилі на межі

поділу двох діелектриків: а) ; б)

При певному куті падіння, визначеному тільки для даної пари діелектриків, відбита хвиля виявляється плоско поляризованою, площина поляризації якої перпендикулярна до площини падіння (мал. 4.1.6,б). Такий кут називають кутом Брюстера або кутом повної поляризації.

Цей експериментальний факт можна пояснити, виходячи із взаємодії електромагнітної хвилі з речовиною. Нехай світлова хвиля поширюється повітрям і падає під кутом Брюстера на поверхню скляної пластинки. Електричне поле хвилі змушує електрони скла коливатися в напрямку, який є перпендикулярним до напрямку поширення заломленої хвилі. Ці коливання збуджують на поверхні скла відбиту хвилю. Відомо, що електрони, які коливаються, не випромінюють хвилі в напрямку своїх коливань. Це означає, що у відбитій хвилі коливання вектора можуть відбуватися тільки в площині, яка є перпендикулярною до площини падіння. Тому відбита хвиля буде плоско поляризованою, але її інтенсивність є невеликою. Наприклад, для скла вона складає лише 15% від інтенсивності падаючої хвилі. Решта світлової енергії переноситься в напрямку заломленої хвилі, яка залишається частково поляризованою. Для збільшення ступеня поляризації заломленої хвилі її треба пропустити крізь стопу щільно притулених одна до одної скляних пластинок (стопа Столєтова). Якщо світлова хвиля падає під кутом Брюстера на стопу Столєтова з десяти скляних пластинок, то завдяки багаторазовому заломленню частково поляризована хвиля майже стовідсотково перетворюється на плоско поляризовану.

У 1815 році англійський фізик Брюстер експериментально встановив зв’язок між кутом повної поляризації та відносним показником заломлення:

. (4.1.4)

Ця формула виражає закон Брюстера.

Якщо світлова падає на межу поділу двох діелектриків під кутом Брюстера, то відбита та заломлена хвилі поширюються у взаємно перпендикулярних напрямках. Згідно закону Брюстера . З іншого боку, за законом заломлення . Прирівнюючи ліві частини цих рівностей, маємо:

. Звідки, .

Тоді, , або . Це означає, що згідно мал. 4.1.6,б відбита та заломлена хвилі поширюються у взаємно перпендикулярних напрямках.

<< | >>

↑

Источник: Лекції з оптіки. 2017

Еще по теме 4.1.2. Кількісною характеристикою поляризації світла є ступінь поляризації.:

- Астрономия и астрофизика - История физики - Квантовая физика - Механика - Общая физика - Оптика - Термодинамика, молекулярная и статистическая физика - Физика плазмы - Электричество и магнетизм -