Короткі теоретичні відомості

1. Природне і поляризоване світло. Поляризатори

Як відомо, світло являє собою поперечну електромагнітну хвилю. Світлові хвилі бувають природними та поляризованими, тобто такими, в яких (на відміну від природних) коливання вектора Ē певним чином упорядковані. Оптичні пристрої, за допомогою яких світло поляризується, називаються поляризаторами.

2. Відбивання плоскої лінійно поляризованої хвилі

від діелектричної пластинки

Під час розгляду даного питання хвилю, що падає, представляють у вигляді суперпозиції двох хвиль Е_║0 і Е_┴0, електричні вектори яких коливаються відповідно у площині падіння хвилі та перпендикулярно до неї (рис.8.1). залежність амплітуди відбитої й заломленої хвиль від кута падіння описується формулами Френеля.

Рис.8.1. Тут n₁ і n₂ – абсолютні показники заломлення повітря й скла;

₁ і ₂ – кути падіння і заломлення хвилі

Так, наприклад, амплітуди відбитих хвиль Е_║ і Е_┴ відповідно до цих формул

Е_║ = Е_║0 tg ( ₁ - ₂) / tg ( ₁ + ₂);

Е_┴ = Е_┴0 sin ( ₁ - ₂) / sin ( ₁ + ₂) (8.1)

по різному залежать від кута падіння ₁.

З формул Френеля (8.1) видно, що за умови ₁ + ₂ = π/2 амплітуда відбитої хвилі Е_║ стає рівною нулю, а відбите світло містить лише компонент Е_┴, тобто є повністю поляризованим. Величина кута падіння, за якого це відбувається, знаходиться з умови tg _Бр = n₂/ n₁. Останнє співвідношення носить назву закону Брюстера.

Так як кути ₁ і ₂, які фігурують у (8.1), пов'язані законом заломлення світла (sin ₁/sin ₂ = n₂/ n₁), ₂ можна виразити через ₁ і, таким чином, амплітуди відбитих хвиль можна подати як фунції кута падіння ₁. На рис.8.2 показані графіки функції Е_║ / Е₀ = fі ( ₁) і Е_┴ f₂ ( ₁), розраховані для випадку, коли n₁ = 1 і n₂ = 1,5.

Рис.8.2

Як видно з рис.8.2, криві залежностей для ┴ та ║ поляризацій вектора напруженостей Е суттєво різнятися, що дозволяє за результатами експерименту визначити площину поляризації хвилі, яка падає на скло; величину кута Брюстера і показник заломлення скла.

3. Проходження лінійно поляризованої хвилі через поляризатор.

Закон Малюса

Якщо лінійно поляризована світлова хвиля падає нормально на поляризатор так, що площина коливань її вектора Ē складає з площиною поляризатора 011 кут α (рис.8.3),

Рис.8.3

то інтенсивність І хвилі, що пройшла, визначається виразом

І = І₀ cos² α (8.2)

де І₀ – інтенсивність світла, що падає. Це співвідношення називається законом Малюса. Знаючи площину поляризатора та спостерігаючи за інтенсивністю світла, що пройшло, можна за законом Малюса визначити площину коливань досліджуваного лінійно поляризованого світла.

Методика вимірювань

1. Вимірювання інтенсивності та амплітуди світлової хвилі

Під інтенсивностю І розуміють усереднену величину модуля густини потоку енергії світлової хвилі

І = < │S│> = , (8.3)

де ε₀ і μ₀ відповідно електрична і магнітна сталі, Е_m – амплітуда світлової хвилі.

Інтенсивність і амплітуда світлової хвилі у цій роботі вимірюються за допомогою приймача випромінювання, в якому використовується вентильний фотоефект.

Приймач складається з фотоелектричного датчика, що перетворює світловий потік у фотоЕРС, і вольтметра для вимірювання останньої.

Пропорційність між фотоЕРС і інтенсивністю світлової хвилі (за малих інтенсивностей) забезпечується законами внутрішнього фотоефекту.

Таким чином, інтенсивність світлової хвилі виявляється пропорційною показанням вольтметра І ~ U, а її амплітуда – кореню квадратному з показань приладу Е_m ~ .