10.3 Ефект Брюстера

Я кщо природне світло падає на межу поділу двох діелектриків (наприклад, повітря і скло), то частина його відбивається, а частина заломлюється в другому середовищі. Якщо на шляху відбитого і заломленого променів поставити аналізатор (наприклад, турмалін), то можна виявити, що відбитий і заломлений промені частково поляризовані: при обертанні аналізатора навколо променів інтенсивність світла періодично підсилюється і слабне (повного гасіння не спостерігають). Подальші дослідження показали, що у відбитому промені переважають коливання, які перпендикулярні до площини падіння (на рис.20 вони позначені крапками), а у заломленому промені – коливання, паралельні площині падіння (на рис.20 вони позначені стрілками).

Ступінь поляризації (виділення світлових хвиль з означеною орієнтацією електричного і магнітного векторів) залежить від кута падіння променів і показників заломлення речовин. Шотландський фізик Д Брюстер (1781-1868р.р.) встановив закон, згідно з яким прикуті падіння ίВ (кут Брюстера), що визначається співвідношенням:

tg ίB = n21 (35)

(n21 – показник заломлення другого середовища відносно першого), відбитий промінь буде плоскополяризованим (тобто буде мати тільки коливання , перпендикулярні до площини падіння). Заломлене світло при куті падіння ίВ поляризується максимально, але не повністю.

Якщо світло падає на межу розподілу під кутом Брюстера, то напрями поширення відбитої і заломленої хвиль взаємно перпендикулярні

(tg ίB = sin ίB/cos ίB, n21 = sin ίB/sin ί2, де ί2 – кут заломлення, звідки cos ίB= sin ί2 . Отже, ίB + ί2 = π/2, але ίB = ί΄B (закон відбиття), тому ί΄B+ ί2 = π/2).

Ступінь поляризації заломленого світла може бути значно більшим завдяки багаторазовим заломленням при умові падіння світла кожен раз на межу розподілу під кутом Брюстера. Якщо, наприклад, для скла ( n = 1,53) ступінь поляризації заломленого променя ≈ 15%, то після заломлення на 8 – 10 однакових скляних пластинках, розміщених одна за одною, світло, яке виходить з такої системи , буде практично повністю поляризоване. Така сукупність пластинок називається стопою. Стопа дає можливість проаналізувати світло як при відбитті, так і при заломленні.

10.4 Поляризація при подвійному заломленні промені

Всі прозорі кристали (крім кристалів кубічної системи, які оптично ізотропні) здатні до подвійного заломлення променів, тобто промінь світла, що падає на поверхню кристала , роздвоюється в ньому на два заломлені промені, які в загальному випадку мають різні напрями. Це явище, вперше виявлене датським вченим Е.Бартоліном (1625-1698р.р.) для ісландського шпату (різновидність кальциту CaCO3), пояснюється особливостями розповсюдження світла в анізотропних середовищах.

Якщо на товстий кристал ісландського шпату падає вузький пучок світла, то з кристалу вийдуть два просторово розділені промені, паралельні один одному і падаючому променю. І в тому випадку, коли первинний пучок падає на кристал нормально, заломлений пучок розподіляється на два, причому один з них є продовженням первинного, а другий відхиляється (рис.21).

Перший промінь називається звичайним (0), а другий – незвичайним (е).

У кристалі ісландського шпату існує єдиний напрямок, уздовж якого подвійного заломлення променів не спостерігається. Напрям у кристалі, вздовж якого промінь розповсюджується, не виявляючи подвійного заломлення променів, називається оптичною віссю кристала. Це напрям, а не пряма лінія, що проходить крізь будь-яку точку кристалу. Кожна пряма, яка проходить паралельно даному напрямку, є оптичною віссю кристала.

Площина, яка проходить через промінь і оптичну вісь кристалу, що перетинає промінь, називається головною площиною, або головним перерізом кристалу. Аналіз світла (наприклад, за допомогою турмаліну або скляного дзеркала) показує, що після проходження кристала промені стають плоскополяризованими у взаємно перпендикулярних площинах: коливання світлового вектора (вектора напруженості Е електричного поля) у звичайному промені проходять перпендикулярно до головної площини, а в незвичайному – в головній площині (рис.21). Неоднакове заломлення звичайного і незвичайного променів вказує на різницю їх показників заломлення. Очевидно, що для будь-якого напрямку звичайного променя коливання світлового вектора перпендикулярні до оптичної осі кристалу, тому звичайний промінь розповсюджується по всіх напрямках з однаковою швидкістю, отже , показник заломлення n0 для нього є сталою величиною. Незвичайний промінь має між напрямком коливань світлового вектора і оптичною віссю кут, відмінний від прямого, який залежить від напрямку променя, тому незвичайні промені розповсюджуються в різних напрямках з різними швидкостями. Отже, показник заломлення ne незвичайного променя є змінною величиною, яка залежить від напряму променя. Таким чином, звичайний промінь підпорядковується закону заломлення (звідси і назва – “звичайний”), а для незвичайного променя цей закон не виконується. Після проходження кристала, якщо не брати до уваги поляризацію у взаємно перпендикулярних площинах, ці два промені не відрізняються один від одного.