Естественный и поляризованный свет. Поляризация света кристаллом. Закон Малюса
Естественный и поляризованный свет. Поляризация света кристаллом. Закон Малюса Свет представляет собой электромагнитное излучение, и световая волна состоит из взаимно перпендикулярных электрической и магнитной волн. Химические, физиологические и другие виды воздействия света на вещество обусловлены главным образом электрическими колебаниями. Свет, у которого электрические колебания совершаются в одной плоскости, называют линейно- или плоскополяризованным. Однако, по историческому недоразумению, плоскостью поляризации стали называть ту плоскость, в которой происходят магнитные колебания. Поляризованными могут быть только поперечные волны. Световая волна является поперечной. Естественный свет не поляризован, так как он испускается атомами с произвольной, ориентацией в пространстве. Известны, два способа получения поляризованного света из естественного. Это поляризация света при прохождении через кристалл и при прохождении и преломлении на границе двух диэлектриков. Явление поляризации естественного света кристаллом состоит в следующем. С позиций электромагнитной теории Максвелла переменное электрическое поле световой волны вызывает в кристаллическом диэлектрике смещение ионов, составляющих кристаллическую решетку. Это смещение приводит к появлению поляризационного тока, часть которого переходит в джоулеву теплоту. Величина смещения ионов, а следовательно, и сила поляризационного тока неодинаковы для различных плоскостей кристаллической решетки. Электрическая неоднородность кристалла обусловлена его структурной анизотропией. Естественно, что в кристалле возможны направления с максимальным и минимальным смещениями частиц, соответствующие максимуму и минимуму поляризационного тока. В первом случае свет полностью поглощается кристаллом, во втором — свет проходит через кристалл без поглощения. Таким образом, из электрических колебаний естественного света, имеющих всевозможные направления, через кристалл проходят те, которые совершаются в плоскости, соответствующей минимуму поляризационного тока; остальные колебания в той или иной мере ослабляются. В результате у света, прошедшего через кристалл, электрические колебания совершаются лишь в одной определенной плоскости, то есть свет оказывается поляризованным, а его интенсивность уменьшается вдвое по сравнению с интенсивностью естественного света.
Рассмотрим вырезанную перпендикулярно указанной плоскости пластину 1 турмалина с оптической осью ОО'. Естественный свет, направленный перпендикулярно пластине 1, проходит ее, полностью поляризуясь. Электрические колебания поляризованного света происходят в мысленной главной оптической плоскости П, содержащей оптическую ось ОО' и луч (рис. 18.9). Интенсивность поляризованного луча J0 =0.5Jест, Вт/м2. Если за пластиной 1 расположить точно такую же пластину 2 (рис. 18.10) и вращать ее вокруг направления луча, то интенсивность J света за второй пластиной меняется в зависимости от угла а между оптическими осями кристаллов по закону Малюса J = Jocos2a, Вт/м2. Согласно закону Малюса, интенсивность прошедшего через обе пластины света изменяется от минимума — полное гашение света при а = Обратим внимание на то, что закон Малюса получен на основании последнего равенства, исходя из того, что интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды. Физическое содержание поляризации света в турмалине следующее. Первая пластина пропускает электрические колебания вдоль плоскости П (рис. 18.9). Вторая пластина в зависимости от ее ориентации пропускает часть поляризованного пластиной 1 света. Количественно эта часть соответствует компоненту Пластину 1, преобразующую естественный свет в плоско-поляризованный, называют поляризатором. Пластину 2, позволяющую обнаруживать явление поляризации, называют анализатором. Обе пластины совершенно одинаковы. Но без анализатора невозможно обнаружение явления поляризации. В плохую погоду обледенение крыльев самолета не видно. Корочку льда можно хорошо разглядеть с помощью поляризованного света и поляризационного фильтра.
|