5.1.2.3.3. Закон Брюстера

Поляризоване світло можна отримати при відбиванні та заломленні на границі поділу двох середовищ, або ж при проходженні світла крізь анізотропні середовища (це, наприклад, деякі кристалічні тіла, які мають різні властивості пропускання світлових хвиль залежно від напрямку їхніх коливань).

Розглянемо поляризоване світло в процесі відбивання і заломлення. Нехай природний промінь АО падає на поверхню прозорого ізотропного діелектрика, наприклад на скляну пластину (рис. 5.1.20). Світлові коливання природного променя завжди можна розкласти у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Очевидно, результуючі вектори складових світлових коливань у цих напрямках у природному промені будуть за величиною однаковими. Тому природний промінь, що падає на пластинку буде зображений коливаннями з рівною кількістю стрілок та крапок. Відбитий і заломлений промені на межі діелектрика стають частково поляризованими. У відбитому промені ОВ переважають коливання, позначені крапками, а в заломленому промені ОЗ - коливання, позначені стрілками. В цьому можна переконатися, взявши другу скляну пластинку або дзеркало. Якщо дзеркало-аналізатор розмістити перпендикулярно до площині малюнка, то за будь-яких кутів падіння п ромінь ОВ відбиватиметься від нього, помітно не змінюючи інтенсивність. Навпаки, коли дзеркало розміщувати під будь-якими іншими кутами до поверхні пластинки, то можна помітити різке зменшення інтенсивності відбитого променя. Аналогічно поводиться і заломлений промінь ОЗ.

Англійський фізик Брюстер, досліджуючи поляризацію світла під час відбивання, встановив, що для будь-якого діелектрика є певний кут падіння, при якому відбитий промінь стає повністю поляризований. Такий кут падіння називають кутом повної поляризації світла. Величину цього кута визначають за законом Брюстера (1815 р.):

tgi₀ = , (5.1.19)

де i₀ – кут повної поляризації; – відносний показник заломлення другого середовища відносно першого.

Наприклад для скла, що має показник заломлення n = 1,5; i₀ ≈ 56⁰.

Запишемо закон Брюстера та закон заломлення світла:

; .

Співставивши, знайдемо, що

cos i₀ = sin ,

тому

=i₀ + 90⁰.

Таким чином, при повній поляризації відбитого променя відбитий і заломлений промені взаємно перпендикулярні.

Механізм поляризації світла в процесі відбивання та заломлення на межі вакуум – діелектрик в основних рисах зводиться до наступного. Досягнувши діелектрика, виділені нами складові падаючої хвилі спричинятимуть відповідні вимушені коливання електрично заряджених частинок атомів. З електромагнітної теорії відомо, що такі коливання заряджених частинок будуть джерелами випромінювання плоскополяризованих електромагнітних хвиль. Подібно для мініатюрної антени максимум випромінювання їх відбувається в напрямку, перпендикулярному до напрямку коливань. Вторинні хвилі з коливаннями світлового вектора, що перпендикулярні до площини коливань утворюють відбитий промінь; він буде переважно поляризованим (а при падінні під кутом Брюстера – повністю поляризованим). Вторинні хвилі з коливаннями світлового вектора, що паралельні площині коливань, наклавшись на падаючу хвилю, утворять заломлену хвилю. Ця хвиля буде частково поляризованою завжди, але при куті Брюстера – максимально частково поляризованою.

Щоб заломлений пучок променів мав великий ступінь поляризації, природне світло спрямовують під кутом повної поляризації не на одну, а на кілька плоско - паралельних пластин, складених у стопу.