Поляризация света при отражении и преломлении
Пусть на границу раздела двух диэлектриков с различными показателями преломления п1 и п2 падает луч естественного света. Обозначим компоненту вектора напряженности Е электрического роля, перпендикулярную плоскости падения, как E┴, а лежащую в плоскости падения - Е║. В естественном свете амплитуды компонент Е┴ и Е║ равны между собой.
При отражении и преломлении естественного света на границе раздела двух диэлектриков свет частично поляризуется, т.е. в отраженном луче преобладают колебания вектора Е┴, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном луче - колебания вектора Е║ в плоскости падения (рис. 14.5). Теория Максвелла позволяет найти связь амплитуд колебаний векторов Е┴_ и E║ в отраженном и преломленном лучах с амплитудами колебаний напряженности в падающем луче (формулы Френеля), а также соответствующие коэффициенты отражения
ρ┴ = I┴.отp / I┴ Пад
ρ║ = I║отр/ I║ Пад
Здесь I┴ Пад и I║ Пад ~ интенсивности ┴ и ||-компонент в падающем луче, I┴.отp и I║отр ~ интенсивности компонент в отраженном луче.
На рис. 14.6 представлена зависимость коэффициентов отражения ρs и ρp от угла падения а при падении света на стекло, для которого показатель преломления имеет значение п = 1,52. Из рисунка видно, что при всех углах 0 < а < π/2 s-компонента имеет больший коэффициент отражения, следовательно в отраженном свете s-колебания будут преобладать над р-колебаниями.
00 30° 60° 90°
Угол падения а
Рис. 14-5. Поляризация света
Рис. 14.6. Коэффициенты отражения света при
отражении от стекла
При некотором значении аB угла падения а, называемом углом Брюстера, компонента Е║ не отражается. В этом случае отраженный свет окажется полностью поляризованным перпендикулярно плоскости падения (рис. 14.7). При угле Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны, т.е. сумма угла падения и угла преломления β равна π/2
Рис. 14.7. Угол Брюстера
Поэтому с учетом закона
Снеллиуса (преломление )
sin a/sinβ=n2/n1
будем иметь (14.10)
Соотношение (14.10) называют законом Брюстера. Рис. 14.7 относится к случаю падения света из воздуха (n1 = 1) на стекло (n2 = 1,52). При этом угол Брюстера а = 56°40'.
Преломленный луч поляризован всегда лишь частично, в нем преобладают колебания, происходящие в плоскости падения. Степень поляризации преломленного луча становится наибольшей при угле падения аB.Чтобы достичь еще большей степени поляризации преломленного луча, его пропускают под углом Брюстера через стопу стеклянных пластинок, сложенных одна с другой (стопа Столетова). Если стопа состоит из 8 - 10 пластинок, то проходящий через нее свет практически полностью поляризован. Интенсивности отраженного и прошедшего лучей одинаковы и каждая составляет половину интенсивности падающего луча (если пренебречь поглощением в стекле). Направление колебаний в отраженном и прошедшем лучах взаимно перпендикулярны.
Рассмотрим теперь физическую суть явления поляризации света при
отражении от поверхности какого-либо тела. Световая волна при своем
движении в веществе заставляет заряды, входящие в состав его моле
кул, совершать вынужденные колебания, т.е. колебания, частота кото
рых равна частоте волны. Движущиеся заряженные частицы создают
в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, т.е. ис
пускают электромагнитные волны. Эти волны называют вторичными.
Волна, отраженная от поверхности тела, представляет собой суперпози
цию вторичных волн. Преломленная световая волна есть суперпозиция
падающей (первичной) волны и вторичных волн, распространяющихся в
том же направлении.
На заряд q в электромагнитном поле действуют две сила. Электрическое поле действует на этот заряд с силой Fe = qE . Действие на заряд магнитного поля определяется силой Лоренца. Причем первая сила существенно превышает по величине вторую. Поэтому заряженная частица в электромагнитной волне совершает вынужденные колебания в направлении вектора Е напряженности электрического поля. Движущийся заряд испускает электромагнитные волны во всех направлениях. Однако интенсивности этих волн не одинаковы. Наибольшей интенсивностью обладают вторичные волны, испущенные в направлениях, которые перпендикулярны скорости движения заряда, т.е. направлению вектора
Е напряженности поля первичной волны. В направлении, в котором
происходят вынужденные колебания заряда, т.е. вдоль вектора Е электромагнитные волны зарядом не испускаются. При падении света на поверхность тела под углом Брюстера направление вынужденных колебаний зарядов под действием поля Е║ совпадает с направлением отраженного луча (рис. 14.7). Поэтому интенсивность I║отраженного света равна нулю.
Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 1250;