Получение поляризованного света при отражении. Закон Брюстера. Поляризация при преломлении. Стопа Столетова.

Если разность фаз j претерпевает случайные хаотические изменения, то и направление светового вектора Е, будет испытывать скачкообразные неупорядоченные изменения. В соответствии с этим естественный свет можно представить как наложение двух некогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую интенсивность. Такое представление намного упрощает рассмотрение прохождения естественного света через поляризационные устройства. Этот вывод мы сделали на предыдущей лекции.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в линейно поляризованной волне, мы будем называть плоскостью колебаний. По историческим причинам плоскостью поляризации была названа не плоскость, в которой колеблется вектор Е, а перпендикулярная к ней плоскость. -

Рис.12.1

Рассмотрим поляризацию света при отражении и преломлении от диэлектрика. Естественный свет, падающий на диэлектрик, представим как наложение линейно поляризованных волн во взаимно перпендикулярных плоскостях с беспорядочно меняющейся разностью фаз. Одна волна будет поляризована в плоскости падения, ее мы будем называть скользящей составляющей, а другая поляризована перпендикулярно плоскости падения, это скользящая составляющая. При падении естественной волны на диэлектрик образуются две волны: отраженная и преломленная (см рис.12.1). Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис. 12.1 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения (на рисунке они изображены двусторонними стрелками). Обозначим через угол, удовлетворяющий условию

(12.1)

( — показатель преломления второй среды относительно первой). При угле падения a равным -углу Брюстера отраженный луч (Рис. 12.1) полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к

плоскости падения). Преломленный луч при угле падения, равном остается поляризованным только частично. Соотношение (12.1) носит название закона Брюстера. Легко убедиться в том, что при падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

О поляризации преломленного света.

Степень поляризации преломленной волны при угле падения, равном углу Брюстера, достигает максимального значения, однако эта волна остается лишь частично - -поляризованной.

Так как коэффициент отражения света на границе раздела воздух –стекло значительно меньше единицы ( около 0,15) , можно получить преломленный свет, повышая его степень поляризации путем ряда последовательных отражений и преломлений. Это осуществляют с помощью стопы Столетова, состоящей из нескольких одинаковых и параллельных друг другу пластинок, установленных под углом Брюстера к падающему свету. Для разных областей спектра применяются стопы из разных материалов. Так, для видимой области практичнее всего различные сорта стекла, для ультрафиолетовой- плавленый кварц, для инфракрасной -хлористое серебро, селен.

При достаточно большом числе пластинок проходящий через эту систему свет будет практически полностью линейно поляризованным (достаточно 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок). Интенсивность прошедшего через такую стопу света (в отсутствии поглощения), будет равна половине интенсивности падающего на стопу естественного света.

Эта идея нашла высокоэффективное использование в газовых лазерах, где торцы разрядной трубки представляют собой плоскопараллельные стеклянные пластинки, расположенные под углом Брюстера к оси трубки (рис.12.2)

Рис12.2

Поэтому излучение, распространяющееся вдоль оси трубки между зеркалами и поляризованное в плоскости падения , многократно проходит сквозь пластинки практически беспрепятственно, не испытывая отражения. В результате из лазера выходит луч, поляризованный в этой плоскости, что и показано на рисунке. Другая составляющая излучения, плоскость поляризации которой перпендикулярна плоскости падения, почти полностью удаляется из пучка благодаря отражениям.