ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА. ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА.

Принадлежности: источник света, щель, поляроиды, стопа стеклянных пластин, кристалл исландского шпата, изотропное тело, фотоэлемент, гальванометр, экран.

Согласно теории, свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, в которой векторы и колеблются во взаимно-перпендикулярных направлениях. При взаимодействии света с веществом основную роль играет электрический вектор, поэтому в дальнейшем состояние электромагнитной волны мы будем характеризовать только этим вектором.

Обычно источник света испускает электромагнитные волны, в которых направление колебаний вектора хаотически меняется со временем. Такой свет называют естественным, или неполяризованным (рис.1, а). Здесь направление распространения света перпендикулярно плоскости чертежа. Если из естественного света выделить колебания, расположенные в одной плоскости, получим линейно, или плоскополяризованный свет (рис.1, б). Если в световом луче одно направление колебаний вектора преобладает по сравнению с остальными, такой свет называют частично поляризованным (рис.1, в). Получить поляризованный свет можно различными способами. Рассмотрим основные из них:

Одним из методов выделения световых волн с определённой ориентацией электрического вектора является отражение или преломление света на границе раздела двух изотропных диэлектриков. В этом случае при определённом угле падения φ₀ отражённый свет полностью поляризован, а направление колебаний вектора перпендикулярно плоскости падения. При этом из формул Френеля следует, что tgφ₀=n , где n - относительный показатель преломления, а φ₀ называется углом Брюстера. При углах падения, отличных от φ₀, отражённый свет частично поляризован. Преломлённый свет всегда частично поляризован, но при угле падения φ₀ он максимально поляризован, и притом так, что колебания вектора расположены преимущественно в плоскости падения. Степень поляризации преломлённого луча можно увеличить, увеличив число преломлений. Если сложить вместе 8 - 10 стеклянных пластин, то при падении под углом Брюстера и преломлённый, и отражённый свет будет линейно поляризованным. Интенсивности обоих пучков будут равны (если пренебречь поглощением в стекле), а направления колебаний электрических векторов в преломлённом и отражённом пучках будут взаимно перпендикулярны. Такой набор пластин называется стопой и может применяться в качестве поляризатора.

Получить поляризованный свет можно, пропустив его через оптически анизотропные кристаллы, типичными представителями которых являются турмалин и исландский шпат. Для таких кристаллов скорость распространения света в них зависит от направления распространения. Турмалин выделяет из естественного света колебания только одного направления, поглощая остальные. Кристалл исландского шпата разделяет проходящий через него пучок естественного света на два, распространяющихся параллельно первоначальному. Даже если угол падения первичного пучка равен нулю, преломлённый пучок разделяется на два, причём один из них представляет продолжение первичного (обыкновенный луч), а второй отклоняется внутри кристалла так, что угол преломления отличен от нуля (необыкновенный луч). Но по выходе из кристалла оба луча остаются параллельными. Опознать их можно, вращая кристалл вокруг оси, совпадающей с направлением распространения света. В этом случае необыкновенный луч будет вращаться вокруг обыкновенного. Оба луча одинаковы по интенсивности и линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристалле исландского шпата есть одно направление, вдоль которого двойное лучепреломление не возникает. Это направление называется оптической осью кристалла.

Для анализа поляризованного света используются те приборы, что и для его поляризации. Поляризующие приспособления всегда выделяют свет, направление колебаний которого совпадает с определённым направлением в кристалле, называемом главным направлением. Если на пути прошедшего через поляризатор света поставить второе такое же приспособление, называемое анализатором, то можно определить, какой свет даёт поляризатор: частично либо полностью поляризованный. Если свет линейно поляризован, то, очевидно, когда главные направления анализатора и поляризатора параллельны, интенсивность прошедшего через анализатор света не изменится. Если главные направления вза­имно перпендикулярны, анализатор света не пропустит. Малюс показал, что интенсивность прошедшего через анализатор света определяется по закону I=I₀cos²α ,где α угол между главными направлениями анализатора и поляризатора.

Поляризованный свет используется в дефектоскопии для обнаружения напряжений в прозрачных предметах. Области напряжений в изделиях являются анизотропными. Если на такую область послать линейно поляризованный свет, возникнет двойное лучепреломление. За счёт различия в показателях преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей между ними возникнет определённая разность хода. Налагаясь, эти лучи дают интерференционную картину, вид которой будет зависеть от величины двулучепреломления, т.е. от разности показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Это позволяет определить место дефекта и его величину.

В работе проводится наблюдение явления поляризации при преломлении и двойном лучепреломлении, наблюдение мест дефектов в деформированных телах, определяется степень поляризации света, прошедшего через стопу, а также проводится проверка закона Малюса.

Рис. 2