Поляризація світла при відбиванні. Закони Брюстера й Малюса

Якщо природне світло палає на межу поділу двох діелектриків (наприклад, повітря і скла), то частина його відбивається, а частина заломлюється і поширюється у другому середовищі.

Якщо постановити на шляху відбитого і заломленого променів аналізатор, то буде видно, що відбитий і заломлений промені частково поляризовані: при повертанні аналізатора навколо осі інтенсивність світла періодично підсилюється і ослаблюється (повного затухання не спостерігається).

Проведені дослідження показали, що у відбитих променях переважають ко­ливання, перпендикулярні до площини па­діння, в заломленому – коли-вання, паралельні до площини падіння (рис.4).

Рис. 4

Ступінь поляризації - ступінь виділен­ня світлових хвиль з певною орієнтацією електричного вектора - залежить від кута падіння променів і показника заломлення.

Шотландський фізик Брюстер встановив закон, згідно з яким відбитий промінь є повністю плоскополяризованим при куті падіння (кут Брюстера), який задовольняє умову

(7)

де – показник заломлення другого се­редовища відносно першого. Ступінь поля­ризації заломленого променя при куті па­діння досягає найбільшого значення, проте цей промінь залишається поляризо­ваним лише частково.

Якщо світло падає на границю по­ділу під кутом Брюстера, то відбитий і за­ломлений промені будуть взаємно перпендику­лярними.

Відбивання під кутом Брюстера дає змогу отримати лінійно поляризоване світ­ло, однак його інтенсивність невелика і для скла (n=1,5) дорівнює близько 15%, тобто основна його частина поширюється у напрямку заломлення хвилі, яка поляри­зована не повністю. Для збільшення ступе­ня поляризацій заломлених хвиль їх треба пропустити крізь стопу скляних пласти­нок. Cтопа з десяти скляних пластинок дає змогу отримати майже сто­процентну поляризацію заломлених хвиль.

Нехай на поляризатор падає при­родне світло (рис.5).

Рис.5

Виберемо хвилю, вектор напруженості електричного поля якої , коливається у площині, що утво­рює з головною площиною поляризатора р-р кут φ. При вході в поляризатор пада­ючу хвилю можна подати у вигляді двох коливань, які відбуваються у взаємно перпендикуляр­них площинах:

Перше коливання пройде через по­ляризатор, друге буде затримане. Інтенсив­ність хвилі, що пройшла через поляризатор, пропорційна квадрату амплітуди хвилі, тобто дорівнює

(8)

де - інтенсивність хвиль, амплітуда яких .

В природному світлі всі значення φ рівно імовірні. Тому частина світла, яке про йшло через поляризатор, буде дорівнювати середньому значенню , тобто ½.

Якщо обертати поляризатор навколо напрямку проходження природного світла, то ін­тенсивність світла, яке пройшло через поляризатор, залиша­ється не змінною, при цьому змінюється ли­ше орієнтація площини поляризації світла.

Розглянемо випадок проходження лінійно поляризованого світла через аналізатор. При вході в аналізатор світлового променя з напрямком амплітуди вектора Е під кутом до площини поляризації аналізатора, амплітуда елек­тричного вектора якого Е_р, ді­литься на два лі­нійно поляризова­них промені. Через аналізатор пройде лише складова амплітуди

(9)

Інтенсивність променів, які пройдуть через аналізатор пропорційна квадрату амплітуди, тому

(10)

Отримане співвідношення називається законом Малюса.