Поляризация при отражении и преломлении. Закон брюстера. Двойное лучепреломление.

 

Если угол падения естественного света на границу раздела двух диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломлённый лучи оказываются частично поляризованными. В отражённом луче преобладают колебания, перпендикулярные кплоскости падения (на рис.1 эти колебания обозначены точками), в преломлённом луче - колебания, параллельные плоскости падения (на рис.1они изображены двусторонними стрелками). Степень поляризации зависит от угла падения.

Рис.1.

Обозначим через Q_Бр угол, удовлетворяющий условию

Q_Бр = n₁₂ (1)

n₁₂ - показатель преломления второй среды относительно первой. При угле падения Q= Q_Бр (на рис. Q_Бр =I_B) отраженный луч полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения). Степень поляризации преломленного луча при угле падения, равном углу Брюстера, достигает наибольшего значения, однако этот луч остается поляризованный только частично.

Соотношение (1) носит название закона Брюстера, а угол Q_Бр называется углом Брюстера. При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

При прохождении света через все прозрачные кристаллы, за исключением принадлежащих к кубической системе, наблюдается явление, получившее название двойно­го лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч естественного света разделяется внутри кристалла на два луча, распространяющиеся, вообще говоря, с разными скоростями и в различных направлениях

 

Рис.2.

 

Кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением, подразделяются на одноосные и двуосные. У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности, этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой о. Для другого луча, называемого необыкновенным (его обозначают буквой е), отношение синусов угла падения и угла преломления, не остается постоянным при изменении угла падения. Да­же при нормальном падении света на кристалл необыкновенный луч, вообще говоря, отклоняется от нормали, рис.2. Кроме того, необыкновенный луч не лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Примерами одноосных кристаллов могут служить исландский шпат, кварц я турмалин. У двуосных кристаллов (сдюда, гипс) оба луча необыкновенные- показатели преломления для них зависят от направления в кристалле. У одноосных кристаллов имеется направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью. У двуосных кристаллов имеется два таких направления. Такие направления в кристалле называются оптической осью кристалла. Оптическая ось - это определенное направление в кристалле и любая прямая, параллельная данному направлению, является оптической осью.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением или главной плоскостью кристалла. Обычно пользуются главным сечением, проходящим через световой луч.

Исследования обыкновенного и необыкновенного лучей показали, что о ба луча полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных, направлениях (рис.2). Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикуляра к главному сечению кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости, совпадающей с главным сечением. По выходе из кристалла оба луча отличаются др. от др. только направлением поляризации, так что названия "обыкновенный" и "необыкновенный" лучи имеют смысл только внутри кристалла.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Очень сильным дихроизмом в видимых лучах обладает турмалин, в котором обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине 1мм. В кристаллах сульфата йодистого хинина один из лучей поглощается на пути примерно в 0,1мм. Это обстоятельство используется для изготовления поляризационного устройства, называемого поляроидом. Оно представляет собой целлулоидную пленку, в которую введено большое количество одинаково ориентированных кристаллов сульфата йодистого хинина.

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов. В кристаллах некубической системы диэлектрическая проницаемость e оказывается зависящей от направления. В одноосных кристаллах e в направлении оптической оси и в направлениях, перпендикулярных к ней имеет различные значения e_êê и e_^. В других направлениях e имеет промежуточные значения. Поскольку n = Öe, следовательно, из анизотропии e вытекает, что электромагнитным волнам с различными направлениями колебаний вектора Ё соответствуют разные значения n. Поэтому скорость световых волн зависит от направления колебаний светового вектора `Е.

Одноосные кристаллы характеризуются показателем преломления обыкновенного луча, равным n₀ = c/V₀, и показатель преломления необыкновенного луча, перпендикулярного к оптической оси, равным n_e = с/V_е. Последнюю величину называют просто показателем преломления необыкновенного луча.

В зависимости от того, какая из скоростей больше, различают положительные и отрицательные одноосные кристаллы. У положительных кристаллов V_е меньше V₀ (это значит n_e> n₀).

Ход обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле можно определить с помощью принципа Гюйгенса.