III. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

38

ное направление колебаний. Эллиптически поляризованным светом называется такой свет, в котором конец вектора E (или B) описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной лучу. Свет, в котором конец вектора E (или B) описывает окружность, называется поляризованным по кругу.

Как показывает опыт и как следует из теории, воздействие света на вещество обусловлено главным образом электрической составляющей, т.е. колебаниями вектора E. Поэтому при схематическом изображении световой волны часто указывают только вектор напряженности электрического поля. На рис. III.2 схематически показаны лучи естественного (а), плоскополяризованного (б) и частично поляризованного света (в).

Рис. III.2

В отличие от естественного света поляризованный свет характеризуется не только интенсивностью, длиной (или частотой) волны, но еще и положением плоскости колебаний или плоскости поляризации. Поэтому лучи, имеющие одинаковую интенсивность и цвет, но различную ориентацию вектора E, не тождественны друг другу. Однако человеческий глаз не обнаруживает различие между этими лучами и вообще не отличает поляризованный свет от естественного. Превратить естественный свет в поляризованный можно следующими способами: при отражении света от поверхности диэлектрика, при пропускании света через анизотропные кристаллы, а также с помощью различных поляризационных устройств. Превращение естественного света в поляризованный назы-

39

где Imax и Imin – соответственно максимальная и минимальная интенсивность частично поляризованного света. Для плоскополяризованного света Imin = 0 и Р = 1; для естественного света Imax = Imin и Р = 0.

III.1. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера

Если направить естественный свет на поверхность изотропного1 диэлектрика, то отраженный и преломленный лучи частично поляризуются во взаимно перпендикулярных плоскостях. У отраженного луча преобладают колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Плоскость падения – это плоскость, проходящая через падающий луч и перпендикуляр в точке падения. Степень поляризации зависит от угла падения. При некотором определенном угле падения αБ (рис. III.3) отраженный луч оказывается полностью поляризованным, а преломленный луч остается частично поляризованным. Угол αБ называется углом полной поляризации, или углом Брюстера.

Закон Брюстера2 устанавливает зависимость угла полной поляризации αБ от относительного показателя преломления отражающей среды:

tgαБ = n21. (III.3) Покажем, что в случае полной поляризации отраженного света отраженный

αБ = 90° – β. Из рис. III.3 видно, что αБ + γ + β = 180°, следовательно, γ = 90°.

1 Изотропной называется среда, физические свойства которой одинаковы во всех направлениях.

2 Установлен английским физиком Брюстером в 1815 г.

40

III.2. Поляризация света в анизотропных кристаллах. Двойное лучепреломление

Кристаллы, физические свойства которых различны в разных направлениях, называются анизотропными. К таким кристаллам относится, например, исландский шпат (прозрачная бесцветная разновидность кальцита CaCO3), кварц (SiO2), турмалин (кальциевый боросиликат сложного химического состава).

Если пропустить луч естественного света через анизотропный кристалл, то происходит разделение луча на два, т. е. возникает двойное лучепреломление1. Вышедшие из кристалла лучи (независимо от угла падения на поверхность кристалла) параллельны друг другу и параллельны падающему лучу (рис. III.4).

В обыкновенном луче вектор напряженности электрического поля E совершает колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, а в необыкновенном луче вектор E колеблется в плоскости падения луча. Обыкновенный луч условно обозначается буквой о, а необыкновенный – е (от английских слов ordinary и extraordinary, соответственно). При вращении кристалла вокруг падающего луча необыкновенный луч описывает цилиндрическую поверхность вокруг обыкновенного луча.

Оптической осью кристалла называется направление, вдоль которого свет проходит, не испытывая двойного лучепреломления, т.е. обыкновенный и необыкновенный лучи не разделяются и распространяются с одинаковой скоростью. Отметим, что оптическая ось кристалла не является какой-то одной прямой линией, подобной, например, оси симметрии тела. Оптическая ось характеризует определенное направление в кристалле и может быть проведена через

1 Впервые явление двойного лучепреломления наблюдал Бартолини в 1669 г. на кристалле исландского шпата.

41

42