Степень поляризации падающего и отраженного света

2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков

Степень поляризации падающего и отраженного света

18

Лекция7

Поляризациясвета

Вопросы

1.Естественный и поляризованный свет.

2.Поляризация света при отражении ипреломлении на границе двух диэлектриков.

3.Двойное лучепреломление.

4.Интерференцияполяризованного света.

5.Применениеполяризованного света.

1. Естественныйи поляризованный свет

Явлениеполяризации светаэто третье (после интерференции идифракции) явление, подтверждающееволновую природу света.

Электромагнитнаяволна представляет собой колебанияэлектрического и магнитного полей.Физиоло­гическое, фотохимическое,фотоэлектрическое и другое действиесвета на вещество вызывается электрическимполем, поэтому вектор называютсветовымвектором.Плоскость, в которой происходят колебанияэтого вектора,на­зывается плоскостьюполяризации.

Рис. 1. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна.

Векторы ,ивзаимно перпендикулярны.

Свет, в которомна­пра­в­ления колебанийупоря­до­че­ны каким-либо образом,называется поляризованнымсве­том.Свет, в котором ко­ле­бания одногонаправ­ле­ния преобладают надколе­ба­ни­ями других направлений,на­зываетсячастичнополя­ри­зованным светом.

Глазчеловека не от­ли­ча­ет естественныйсвет от по­ляризован­ного. Зри­тель­ноеощущение вызывает только интенсивностьсвета J.

Интенсивностьюсве­то­вой волныназывается ве­ли­чинаJ,численно равная энергии,которую переносит волна за единицувремени сквозь единицу площадипо­верх­ности, перпендикуляр­нойнаправлению распрост­ранения волны.

Интенсивностьэлек­тро­­магнитной волныпро­пор­циональна квадратуам­пли­тудного значения напря­женностиэлектрического поля ,т.е..

степеньполяризации (1)

Дляестественного света: Jmax= Jminи Р= 0; дляплоско поляризованного света Jmin= 0 и Р= 1.

Рис. 3. Прохождение естественного света

через два идеальных поляризатора.

yy' – разрешенные направления поляризаторов.

Плоскостьюполя­ри­зацииназывается пло­с­кость, проходящаячерез направление колебаний све­товоговектора плоско по­ляризованной волныи направление распро­стра­не­нияэтой волны.

Поляризатор– ве­ще­с­­тво, пропускающеесвет оп­ределенного нап­ра­вле­­­ния(например, тур­ма­лин).

Рис. 4. Иллюстрация к закону Малюса

В1809 году француз­ский инженерЭ. Малюсустановил:

законМалюса (2)

Приповороте плоскости поляри­за­цииинтенсивность пропускаемого че­резполяризатор света уменьшаетсяпро­порционально косинусу углапово­ро­та в квадрате.

Припропускании естественного света черездва поляризатора выйдет свет интенсивностью

изпервого : , из второго:;

;.

Припадении света на поверхность ди­электрика(на­пример, стекла) отра­жен­ныйи преломленный лучи оказыва­ют­сячастично поляризованными: в от­ра­женномлуче преоблада­ют колебания вектора,перпендикулярные к пло­ско­стипадения, а в преломленном ко­ле­бания вектора ,параллельные пло­ско­сти падениялуча.

Однакостепень поля­ризации оказываетсяраз­личной в отраженном и прелом­ленномлучах и зависит от угла падения лучейи показа­теля преломления диэлектрика.Шотландский физик Д.

Брюстер устано­вил,что при угле падения iБ, называемомуглом Брюстера, отражён­ныйлуч является плоскополяризованным.

Преломленный же луч при угле паденияiБоказываетсячастично поляризованным (в нем преоблада­ютколебания, лежащие в плоскости падениялуча).

Приугле падения iБ,называемом уг­лом Брюстера, определяемогосоот­но­шением

tgiБ=n21, (3)

(n21=n2/n1)отражён­ный луч является плоскополяризованным (содержит толь­коколебания, перпендикулярные пло­ско­стипадения). Преломленный луч при углепадения iБполяризуетсямак­си­мально, но не полностью (внем преоблада­ют колебания, лежащиев плоскости падения луча).

; (3)

отраженныйи преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Такимобразом, стеклянная пластинка или любойдругой изотропный диэлектрик мо­гутслужить поляризаторами, если на нихпадает луч естественного света подуглом Брюстера.

Степеньполяризации преломленного света можетбыть значитель­но повышена системой одинаковых стеклянных пластинок,расположенных друг за другом так, чтосвет, выходящий из первой пластинки,падает под углом Брюстера на вторую, извторойна третью и т.д.

Такая система пластин,на­зываемая стекляннойстопой,позволяет путем многократных отраженийи преломлений добиться полностьюполяризованного света.

Например, еслидля одной стеклянной пластинки степеньполяризации преломленного лучасостав­ляет ~15 %,то после преломления на стопе из8-10 пластиноквы­шедший свет оказывается практическиполностью поляризованным (Р≈1).

3. Двойное лучепреломление

Оптические среды,физические свойства которых, в том числеи скорость распространения света, вовсех направлениях одинаковы, называютсяизотропнымианизотропныхсредах, физичес­кие свойства которыхзависят от направления, преломлениесвета происходит значительно сложнее.Все кристаллические вещества анизотропные.

Впрозрачных кристаллах преломленныйлуч пространственно раз­деляется надва луча. Это явление называется двойнымлучепреломле­нием.Впервые двойное лучепреломление былообнаружено датским уче­нымЭ. Бартолиномна кристаллах исландского шпата CaCO3.

Оптическойосью кристал­ланазыва­ет­ся направление ав,по которому луч света рас­пространяется,не испытывая двойного лучепреломления.Главнойплоскостью кри­стал­ланазывается плоскость, проходящая че­резнаправление света и оптическую ось.

Вышедшиеиз кристалла обыкно­вен­ный(о являетсяпродолжением первичного) и необыкновенный (е отклоняется)лучи пло­ско поляризованы.

Источник: https://studfile.net/preview/2672561/

3. Поляризация света. Оптика. Физика. Курс лекций

Степень поляризации падающего и отраженного света

3.1. Поляризованный и естественный свет

3.2. Закон Малюса

3.3. Поляризация при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера

3.4. Двойное лучепреломления

3.5. Искусственная оптическая анизотропия

3.6. Вращение плоскости поляризации

3.1. Поляризованный и естественный свет

Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной. Вектор напряжённости электрического поля (электрический или световой вектор) и вектор напряжённости магнитного поля (магнитный вектор) в световой волне колеблется в направлении перпендикулярном скорости распространения волны.

Линейно поляризованной волной называется волна, вектор которой не изменяют направление колебаний в пространстве.

Уравнение плоской монохроматической линейно-поляризованной волны, распространяющейся в направлении оси ОХ:

,

где ω – циклическая частота, — волновое число, υ – скорость распространения волны.

В каждой точке электромагнитного поля электрический вектор совершает гармонические колебания в плоскости XOY, которая называется плоскостью колебания.

Магнитный вектор колеблется в плоскости XOZ – в плоскости поляризации.

Световая волна со всевозможными одинаково вероятными направлениями колебаний электрического и магнитного векторов называется естественным светом.

В естественном свете плоскости поляризации меняют ориентацию в пространстве с течением времени.

Естественный свет можно представить в виде суперпозиции двух волн, которые поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Запишем уравнение естественного света только для электрического вектора волны:

;

,

где Ey, Ez – проекции электрического вектора на оси координат, α – сдвиг по фазе между колебаниями по Y и Z. Для естественного света Eoy=Eoz.

Частично поляризованным называется свет, если в нём есть преимущественное направление колебаний вектора

(Eoy>>Eoz) или (Eoz>>Eoy).

Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного.

Поляризацией света называется выделение линейно поляризованного света естественного или частично поляризованного. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами.

Для определения характера и степени поляризации используют устройства, называемые анализаторами.

Поляризатор можно использовать в качестве анализатора.

Анализатор или поляризатор условно изображают в виде решётки, “прутья” которой параллельны направлению колебаний вектора в проходящем сквозь неё свете.

Если на такую решётку-анализатор падает естественный свет, то интенсивность проходящей волны не изменяется при вращении анализатора вокруг направления падающего луча вследствие того, что в естественном свете ни одно из направлений плоскости поляризации (плоскости колебаний) не является преобладающим.

,

где I0 – интенсивность падающего естественного света,

k – коэффициент прозрачности анализатора,

IА – интенсивность проходящего света.

На выходе из анализатора-поляризатора имеем линейно поляризованную волну.

Если падающий свет частично поляризован, то IA при вращении анализатора изменяется в зависимости от ориентации его главной плоскости (т.е. направления прутьев) по отношению к преимущественному направлению колебаний вектора в падающем свете.

3.2. Закон Малюса

Пусть на анализатор падает линейно поляризованный свет интенсивностью I0. Оптическая ось анализатора О-О` (направление прутьев).

Определим интенсивность прошедшей волны в точке А, если анализатор повернуть на угол α вокруг направления распространения луча. Через анализатор пройдёт электрический вектор, величина . Т.к. интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то — это и есть закон Малюса.

3.3. Поляризация при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера

Направим на границу раздела двух диэлектриков (воздух, стекло) тонкий луч естественного света.

Часть световой волны отражается, а часть преломляется, распространяясь во второй среде. На рисунке: φ – угол падения луча, β – угол преломления, n2 – показатель преломления стекла, n1 — показатель преломления воздуха, n1=1.

Если на пути отражённого и преломлённого луча поставить анализатор, то можно исследовать поляризацию при отражении и преломлении.

Оказалось, что в общем случае отражённый и преломлённый лучи поляризованы частично. При некотором строго определённом для данной пары сред (диэлектриков) значение угла падения отражённый свет оказывается линейно поляризованным. Угол падения в этом случае называется углом Брюстера (φБ) или углом полной поляризации и определяется законом Брюстера:

,

где n21 – относительный показатель преломления среды.

3.4. Двойное лучепреломление

В оптически анизотронных кристаллах наблюдается явление двойного лучепреломления, которое состоит в том, что луч света падающий на поверхность кристалла, раздваивается на два преломлённых луча.

MN – оптическая ось кристалла.

Оптическая ось кристалла – направление в оптически анизотронном кристалле, вдоль которого свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления. Главной плоскостью или главным сечением одностороннего кристалла называется плоскость, проходящая через падающий луч и пересекающую его оптическую ось.

В одноосном кристалле один из преломлённых лучей подчиняется обычным законом преломления света. Этот луч лежит в плоскости падения. Волну, распространяющуюся вдоль направления этого луча, называют обыкновенной волной и обозначают буквой О. Показатель преломления для этой волны n0.

Вдоль второго луча распространяется необыкновенная волна. Показатель преломления луча для неё nе. угол преломления для необыкновенного луча зависит от того, как ориентирована поверхность пластинки по отношению к оптической оси кристалла MN. Угол преломления равен нулю в двух случаях:

а) если поверхность пластинки перпендикулярна к оптической оси (свет распространяется вдоль оптической оси, не испытывая двойного лучепреломления).

б) если поверхность пластинки параллельна оптической оси (свет распространяется в пластинке перпендикулярно оптической оси).

Двойное лучепреломление можно объяснить тем, что падающая на оптически анизотронный кристалл световая волна возбуждает две волны, распространяющиеся в кристалле эти по разным направлениям. В однослойном кристалле эти волны называются обыкновенными и необыкновенными волнами. Обыкновенные и необыкновенные волны линейно поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

В обыкновенной волне вектор направлен перпендикулярно к главной плоскости кристалла. Электрический вектор необыкновенной волны лежит в главной плоскости кристалла.

Направления векторов в обыкновенных и необыкновенных волнах условно показаны на рисунке точками на обыкновенном луче и поперечными чёрточками на необыкновенном.

Предполагается, что оба луча и пересекающая их оптическая ось MN кристалла лежат в плоскости рисунка.

3.5. Искусственная оптическая анизотропия

1. Оптически изотропное прозрачное вещество становится анизотропным, если его подвергнуть механической деформации.

Это явление называется фотоупругостью, при одностороннем растяжении или сжатии изотропного тела вдоль оси OX оно приобретёт оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого параллельна ОХ .

Разность показателей преломления обыкновенного (no) и необыкновенного (nе) лучей в направлении перпендикулярном оси ОХ, пропорциональна нормальному напряжению .

n0-nе=к

где к- коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

2. Эффектом Керра называется возникновение оптической неоднородности у прозрачного изотропного диэлектрика, если его поместить во внешнее электрическое поле.

Под действием поля диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего поля.

Разность показателей преломления поляризованного диэлектрика для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света, распространяющегося перпендикулярно направлению вектора Е, удовлетворяет закону Керра.

nе-n0=Bв

где -длина волны в вакууме, Вв-постоянная Керра.

3. Эффектом Коттона-Мутона называется возникновение оптической анизотропии у некоторых изотропных вещество при помещении их в сильное внешнее магнитное поле.

В однородном магнитном поле вещество преображает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего поля.

Разность показателей преломления вещества для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света при его распространении в направлении перпендикулярном вектору , пропорциональна .

с- постоянная Коттона — Мутона, -длина волны в вакууме.

3.6. Вращение плоскости поляризации

При прохождении линейно поляризованного света через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления распространения луча.

Оптически активны некоторые кристалла (кварц, киноварь и др.) чистые жидкости и растворы (скипидар, раствор сахара в воде и др.)

В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя вещества, через который проходит свет:

Коэффициент пропорциональности называется удельным вращением, или постоянной вращения.

Угол поворота плоскости поляризации при прохождении света пути в оптически активном растворе равен

С — объемно-массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, D- плотность раствора, к=С/D- долевая концентрация по массе, — удельная вращения, зависит от природы оптически активного вещества.

Оптически неактивная среда под действием внешнего магнитного поля приобретает способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль направления поля.

Это явление называется эффектом Фарадея, или магнитным вращением плоскости поляризации.

где — угол поворота плоскости поляризации,

-напряженность магнитного поля,

— длина пути световой волны,

V — постоянная Верде.

Источник: https://siblec.ru/estestvennye-nauki/optika/3-polyarizatsiya-sveta

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Анализ поляризованного света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Закон Малюса.Двойное лучепреломление

Степень поляризации падающего и отраженного света

Поляризация света

§1 Естественный и поляризованный свет

Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, то есть вектора  и  взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения.

 Колебания вектора  происходят в одной плоскости. Свет, в котором вектор  колеблется только в одном направлении, называется плоско поляризованным светом (или электромагнитной волной).

Поляризованным называется свет, в котором направления колебания вектора  упорядочены каким-либо образом.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают световые волна независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, харак­теризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора . Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным.

Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора  и незначительная амплитуда колебаний вектора  в других направлениях, называется частично поляризованным.

В плоско поляризованном свете плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации, плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.

Вектор  называют световым вектором потому, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.

Различает также эллиптически поляризованный свет: при распростра­нении электрически поляризованного света вектор  описывает эллипс, и циркулярно поляризованный свет (частный случай эллиптически поляризованного света) — вектор описывает окружность (сравните со сложением взаимно перпендикулярных колебаний: возможны: прямая линия, эллипс и окружность).

Степенью поляризации называется величина

где Imax и Imin – максимальная и минимальная компоненты интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора  (то есть Ех и Еу – составляющие). Для плоско поляризованного света Еу = Е, Ех = 0, следовательно, Р = 1. Для естественного света Еу = Ех = Е и Р = 0. Для частично поляризованного света Еу = Е, Ех = (0…1)Еу, следовательно, 0 < Р < 1.

Если вектор в эллиптически поляризованном свете вращается при распространении света по часовой стрелке, то поляризация называется правой, против — левой. В эллиптически поляризованном свете колебания полностью упорядочены. К эллиптически поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо, так что Р=1 всегда.

§2 Анализ поляризованного света при отражении и преломлении.

Закон Брюстера. Закон Малюса

Наиболее просто поляризационный свет можно получить из естественного света при отражении световой волны от границы раздела двух  диэлектриков.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлек­триков (например, воздух-стекло), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде.

Закон Брюстера:

При угле падения, равном углу Брюстера іБр: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2.

степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4.

тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления

— закон Брюстера.

 n12 — показатель преломления второй среды относительно первой. Угол падения (отражения) — угол между падающим (отраженным) лучом и нормалью к поверхности. Плоскость падения — плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена многократным преломлением при условии падения света на границу раздела под углом Брюстера.

Если для стекла (n = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинках, вышедший свет будет практически полностью поляризован — стопа Столетова.

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризаторов — анизотропных кристаллов, пропускающих свет только в одном направлении (исландский шпат, кварц, турмалин).

Поляризатор, анализирующий в какой плоскости поляризован свет, называется анализатором.

Если на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитудой Е0 и интенсивности I0 (), плоскость поляризации которого составляет угол φ с плоскостью анализатора, то падающее электромагнитное колебание можно разложить на два колебания; с амплитудами и , параллельное и перпендикулярное плоскости анализатора.

Сквозь анализатор пройдет составляющая параллельная плоскости анализатора, то есть составляющая , а перпендикулярная составлявшая будет задержана анализатором. Тогда интенсивность прошедшего через анализатор света будет равна ():

 — закон Малюса

Закон Малюса: Интенсивность света, прошедшего через поляризатор,  прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света I0 и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора.

Если на поляризатор падает естественный свет, то интенсивность вышедшего из поляризатора света I0 равна половине Iест, и тогда из анализатора выйдет

§ 3 Двойное лучепреломление

Все кристаллы, кроме кристаллов кубической система —  изотропных кристаллов, являются анизотропными, то есть свойства кристаллов зависят от направления. Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено Барталином в 1667 г.

на кристалле исландского шпата (разновидность СаСО3).

Явление двойного лучепреломления заклю­чается в следующем: луч света, падающий на анизотропный кристалл,  разделяется в нем на два луча: обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями  в различных направлениях.

Анизотропные кристаллы подразделяются на одноосные и двуосные.

У одноосных кристаллов имеются одно направление, называемое оптической осью, при распространении вдоль которого не происходит разделения на обыкновенный и необыкновенный лучи.

 Любая прямая параллельная направлению оптической оси будет также являться оптической осью.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главным сечением или главной плоскостью кристаллам.

Отличия между обыкновенными и необыкновенными лучами:

  1. обыкновенный луч подчиняется законам преломления

    необыкновенный — нет;

  2. обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости, плоскость поляризации необыкновенного луча перпендикулярна плоскости поляризованного обыкновенного луча;

  3. кроме оптической оси обыкновенные и необыкновенные лучи распространяются в разных направлениях. Показатель преломления

    n

    0

    обыкновенного луча постоянен во всех направлениях, следовательно, фазовая скорость обыкновенного луча постоянна во всех направлениях. Показатель преломления 

    n

    е 

    необыкновенного луча (

    U

    ф.е.

    ) зависит от направления.

Различие скоростей Uо и Uе для всех направлений, кроме направ­ления оптической оси, обуславливает явление двойного лучепреломления в одноосных кристаллах. У двуосных кристаллов имеется два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления.

Понятие обыкновенного и необыкновенного лучей имеет место пока эти лучи распространяются в кристалле, при выходе из кристалла эти понятия теряют смысл, то есть лучи отличаются только плоскостями поляризаций.

Природа двулучепреломления связана с тем, что обыкновенные и необыкновенные лучи имеют разные скорости, а так как   , то для обыкновенного и необыкновенного лучей будут разные показатели преломления n0 и nе, а так как  то можно сказать, что перво­причиной двойного лучепреломления является анизотропия диэлектрич­еской проницаемости кристалла. Кристаллы, у которых Vе  < V0 (nе > n0) называются положительными, а у которых Vе  > V0 ( nе < n0)называются отрицательными.

Источник: http://bog5.in.ua/lection/wave_optics_lect/lect5_wave.html

Степень поляризации падающего и отраженного света

Степень поляризации падающего и отраженного света

В природе в большей степени будут отражаться волны с вектором, параллельным отражающей плоскости. Это говорит о частичной поляризации отраженных и преломленных лучей. Степень поляризации отраженных лучей будет зависеть от угла падения и материала отраженных поверхностей.

Рисунок 1. Степень поляризации. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Определение 1

Степень поляризации представляет собой характеристику светового пучка и характеризуется отношением интенсивности компоненты, в которой наблюдается полная поляризация света, к общей его интенсивности.

Падающий и отраженный свет. Законы отражения

В физике попадающий на границу двух различных сред поток световой энергии будет называться падающим, а возвращающийся от нее в первую среду – отраженным. Таким образом, взаимное расположение таких лучей становится определяющим для законов отражения и преломления света.

Так на границе, которая разделяет две среды, наблюдается смена направления световых лучей исключительно в случае превышения этой границей длины волны. Отражение света при этом возникнет в момент возвращения части его энергии в первую среду.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

При проникновении части лучей в другую среду происходит явление их преломления. Угол отражения возникнет таким образом между отраженным лучом и перпендикулярной (восстановленной к точке его падения) линией. Свету свойственно прямолинейное распространение только в условиях однородной среды. Отражение излучения света в различных средах осуществляется по-разному.

Коэффициентом отражения считается величина, характеризующая отражательную способность вещества. Он демонстрирует количество энергии, принесенной на поверхность среды световым излучением (ее составит энергия, которая унесется от нее в виде отраженного излучения. Полное отражение света произойдет в момент падения светового луча на предметы с отражающей поверхностью.

Рисунок 2. Поляризация света при отражении и преломлении. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В физике существует два закона отражения света, которые сформулированы следующим образом:

  1. Первый закон: падающий и отраженный луч и перпендикулярная к границе раздела сред линия, будучи восстановленной в точке падения светового луча, размещены в одной плоскости. На отражательную поверхность попадает плоская волна, чьи волновые поверхности являются полосками.
  2. Второй закон: угол отражения света равнозначен углу его падения. Это объясняется взаимной перпендикулярностью сторон. Таким образом, луч, распространяющийся по пути отраженного, начнет отражаться по пути падающего.

Рисунок 3. Поляризация при отражении от диэлектрика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Поляризация падающего света

Получение плоскополяризованного света становится возможным из естественного света посредством подключения специальных приборов (поляризаторов). Они обладают свойством свободного пропускания колебаний параллельной плоскости (плоскости поляризатора) и при этом частично или полностью могут задерживать перпендикулярные к такой плоскости колебания.

Задерживающий в частичной форме перпендикулярные к его плоскости колебания называется несовершенным. Идеальный поляризатор – тот, который полностью задерживает перпендикулярные к его плоскости колебания и при этом не ослабляет те, которые параллельны плоскости.

На выходе из несовершенного поляризатора мы получаем свет с преобладающими колебаниями одного над другим направлениями (частичная поляризация света). В случае естественного света интенсивность волн будет одинаковой, а при частично поляризованном — разной.

Поляризация отраженного света и закон Брюстера

Следствием поперечной анизотропии электромагнитной волны в пространстве становятся выделенные направления колебаний векторов и в перпендикулярной направлению распространения плоскости. Излучаемый отдельными атомами, а также молекулами среды свет всегда поляризован полностью.

Замечание 1

Степень поляризации падающего и отраженного лучей будет зависимой от угла их падения. Для каждой пары прозрачных сред при этом существует такой угол падения, при котором отраженный свет превращается в полностью плоскополяризованный, а преломленный луч сохраняет свою частичную поляризацию с максимальной степенью поляризации при данном угле (угле Брюстера).

Закон Брюстера может активно применяться при изготовлении поляризаторов. В таком случае используется вместо отраженного преломленный луч, хотя при этом он будет поляризован не полностью.

С целью получения высокой степени поляризации преломленного луча, его нужно пропустить сквозь стопу стеклянных пластинок: после каждой последующей пройденной пластинки стопы фиксируется повышение степени поляризации преломленного луча.

В условиях наличия достаточно большого числа таких пластинок, проходящий сквозь подобную систему свет окажется почти полностью плоскополяризованным, а его интенсивность после прохождения (в отсутствие поглощения) будет равнозначна половине интенсивности естественного света, падающего на стопу.

Замечание 2

Свет, подобно любому электромагнитному излучению, состоит из распространяющихся колебаний электрических и магнитных полей, ориентированных под прямым углом в отношении друг друга.

Направление электрического поля станет определяющим для направления движения электрозаряда в процессе прохождения электромагнитной волны.

Поляризация волны как раз и будет считаться направление электрического поля в ней.

Световые волны могут обладать разными видами поляризаций:

  • поляризацией линейного (в подобной ситуации колебания электрического поля выполняются им в фиксированной плоскости);
  • кругового (электрическое поле вращается как часовая стрелка);
  • эллиптического (вращение поля осуществляется при условии зависимости абсолютной величины от направления).

Закон Брюстера, таким образом, представляет описание линейной поляризации света при условии отражения луча от поверхности. Согласно ему, свет (при определенном угле падения) начинает поляризоваться параллельно отражающей поверхности, а величина такого угла зависима от свойств отражающего вещества.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/stepen_polyarizacii_padayuschego_i_otrazhennogo_sveta/

Поляризация света

Степень поляризации падающего и отраженного света

139. Определите степень поляризации частично поляризованного света, если амплитуда светового вектора, соответствующая максимальной интенсивности света, в 3 раза больше амплитуды, соответствующей его минимальной интенсивности.

140. Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0,75. Определите отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого анализатором, к минимальной.

141. Определите степень поляризации p света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света равна интенсивности естественного.

142. Определите степень поляризации p света, который представляет собой смесь естественного света с плоскополяризованным, если интенсивность поляризованного света в 5 раз больше интенсивности естественного.

143. Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет 30°. Определите изменение интенсивности прошедшего через них света, если угол между главными плоскостями равен 45°.

144. Интенсивность естественного света, прошедшего через два николя, уменьшилась в 8 раз. Пренебрегая поглощением света, определите угол между главными плоскостями николей.

145. Определите, во сколько раз ослабится интенсивность света, прошедшего через два николя, расположенные так, что угол между их главными плоскостями α = 60°, а в каждом из николей теряется 8% интенсивности падающего на него света.

146. Определите, во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света, прошедшего через два николя, главные плоскости которых образуют угол в 60°, если каждый из николей как поглощает, так и отражает 5% падающего на них света.

147. Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, угол между главными плоскостями которых равен α. Поляризатор и анализатор как поглощают, так и отражают 10% падающего на них света. Определите угол α, если интенсивность света, вышедшего из анализатора, равна 12% интенсивности света, падающего на поляризатор.

148. Естественный свет интенсивностью I0 проходит через поляризатор и анализатор, угол между главными плоскостями которых составляет α. После прохождения света через эту систему он падает на зеркало и, отразившись, проходит вновь через нее. Пренебрегая поглощением света, определите интенсивность I света после его обратного прохождения.

151. Пучок естественного света падает на стеклянную призму с углом α = 30° . Определите показатель преломления стекла, если отраженный луч является плоскополяризованным.

152. Определите показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления 35°.

153. Определите, под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы лучи, отраженные от поверхности озера (n = 1,33), были максимально поляризованы.

154. Предельный угол полного отражения для пучка света на границе кристалла каменной соли с воздухом равен 40,5°. Определите угол Брюстера при падении света из воздуха на поверхность этого кристалла.

155. Свет, проходя через жидкость, налитую в стеклянный сосуд (n = 1,5), отражается от дна, причем отраженный свет плоскополяризован при падении его на дно сосуда под углом 41°. Определите: 1) показатель преломления жидкости; 2) угол падения света на дно сосуда, чтобы наблюдалось полное отражение.

156. Параллельный пучок света падает нормально на пластинку из исландского шпата толщиной 50 мкм, вырезанную параллельно оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно n0 = 1,66 и ne = 1,49 , определите разность хода этих лучей, прошедших через пластинку.

157. Плоскополяризованный свет, длина волны которого в вакууме λ = 589 нм, падает на пластинку исландского шпата перпендикулярно его оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно n0 = 1,66 и ne = 1,49 , определите длины волн этих лучей в кристалле.

158. Плоскополяризованный свет, длина волны которого в вакууме λ = 530 нм, падает на пластинку из кварца перпендикулярно ее оптической оси. Определите показатели преломления кварца для обыкновенного (n0) и необыкновенного (ne) лучей, если длины волн этих лучей в кристалле соответственно равны λ0 = 344 нм и λe = 341 нм.

159. Определите наименьшую толщину кристаллической пластинки в четверть волны для λ = 530 нм, если разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей для данной длины волны ne-n0 = 0,01.

Пластинкой в четверть волны называется кристаллическая пластинка, вырезанная параллельно оптической оси, при прохождении через которую в направлении, перпендикулярном оптической оси, обыкновенный и необыкновенный лучи, не изменяя своего направления, приобретают разность хода, равную λ/4.

160. Кристаллическая пластинка из исландского шпата с наименьшей толщиной d = 0,86 мкм служит пластинкой в четверть волны (см. задачу 159) для λ = 0,59 мкм. Определите разность Δn показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей.

Источник: https://studyport.ru/zadachi/fizika/trofimova/6893

Booksm
Добавить комментарий