2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков.

Если угол падения света на границу 2-х диэлектриков не равен нулю, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризо­ванными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис.За обозначены точками); в преломлен­ном луче - колебания параллельные плоскости падения (на рис.За обозначены двусторонними стрелками). Естественный луч условно обозначается чередующимися стрелками и точками.

С тепень поляризации зависит от угла падения лучей и показателя преломления отражающей среды. При угле падения, удовлетворяющем условию

, (2)

где n – показатель пре­ломления второй среды относительно первой, отраженный луч полностью поляризован, преломленный - частично поляризован, но степень его поляризации наибольшая. Соотношение (2) носит название закона Брюстера, угол i_Б – называется углом Брюстера или углом полной поляризации. Легко проверить, что при падении света под углом Брюстера, отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (рис.Зб).

Таким образом, граница двух диэлектриков или диэлектрика и ваку­ума является поляризатором. Эффект поляризации отраженного света используется, например, при обнаружении с воздуха пленки нефти на поверхности воды.

Закон Брюстера неприменим в случае отражения света от поверхности проводников (металлов).

Можно добиться, что и преломленный луч будет полностью поляризован. Для этого в качестве поляризатора используют стопу стеклянных пластинок, расположенных друг за другом. При выполнении закона Брюстера степень поляризации преломленного луча возрастает по мере прохождения пластин.

3. Поляризация при двойном лучепреломлении.

При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление получило название двойного лу­чепреломления (рис.4).

Один из лучей на рис.4 - 0 удовлетворяет закону преломления - он называется обыкновенным, для другого луча, обозначенного e, который называется необыкновенным, отношение не остается п остоянным, а зависит от направления падения луча.

Обыкновенный луч при нормальном падении света на поверхность кристалла проходит не преломляясь, как это следует из закона преломления, необыкновенный – преломляется (рис.4).

У кристаллов имеются направления, вдоль которых обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь и с одинаковой скоростью. Эти направления называются оптическими осями кристалла. Если такое направление одно, то кристаллы называются одноосными, если два – двуосными. К одноосным кристаллам относят исландский шпат (разновидность углекислого кальция CaCO₃), кварц, турмалин (сложный алюмосиликат). На рис.4 это направление показано штриховой линией. Плоскость, проходящая через оптическую ось и световой луч, называ­ют главной. Оба луча, вышедших из кристалла, полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного - лежат в главной плоскости. Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются как поляризаторы, однако из них изготовляют специальные поляризационные призмы.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Сильным дихроизмом обладает кристалл турмалина. В нем обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине 1мм, а вышедший свет плоскополяри­зован. Таким же свойством обладает поляроид - целлулоидная пленка, на которой выкладывается большое количество одинаково ориентирован­ных кристаллов герапатита (сернокислый йод – хинин). Слой поляро­ида толщиной 0,1мм полностью поглощает 0-луч. Следовательно, по­ляроид может быть использован в качестве поляризатора.

Высококачественным поляризатором является поляризационная призма Николя (или просто Николь). Действие Николя основано на двойном лучепреломлении исландского шпата СаСО₃. Николь - это приз­ма, вырезанная особым образом из исландского шпата, разрезанная почти по диагонали и склеенная канадским бальзамом (смола канадской пихты), показатель преломления которого (n = 1,550) лежит между значениями показателей преломления исландского шпата для обыкновен­ного луча (n₀ = 1,658) и необыкновенного луча (n_e = 1,486). Это позволяет, подобрав соответствующим образом углы призмы, обе­спечить полное отражение 0-луча на границе с канадским бальзамом. Этот луч затем поглощается зачерненной нижней гранью призмы. Необыкновенный луч выходит из призмы параллельно нижн ей грани (рис.5).

Недостатком турмалина и поляроидов по сравнению с Николем являются их плохие спектральные характеристики. Белый свет после их прохождения становится окрашенным, в то время как Николь прозрачен в видимой части спектра.

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов (это зависимость оптических свойств от направления). Большинство прозрачных кристаллов оптически анизотропны. В них скорость света, а, следовательно, и показатель преломления различны по разным нап­равлениям.