Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
ДИЭЛЕКТРИКОВ
Закон Брюстера. Если направить пучок естественного света на границу
раздела двух диэлектриков (например, воздуха н стекла), то часть света
отражается, а часть, преломляясь, распространяется во второй среде.
Располагая анализатор (например, кристалл турмалина) на пути луча, можно
исследовать поляризации отраженного и преломленного лучей (рис. 9.4).
Такое исследование было проведено в 1810 г. Малюсом. Оказалось, что в
общем случае отраженный и преломленный лучи поляризованы частично, т. е.
электрические(и магнитные) векторы этих лучей, оставаясь в плоскости,
перпендикулярной направлению распространения света, совершают колебания
преимущественно в одном направлении. При некотором строго определенном
для данной пары сред значении угла падения отраженный от границы раздела
свет оказывается полностью линейно-поляризованным. Такой угол падения
называется углом Брюстера (фь) или углом полной поляризации и
определяется согласно закону, установленному в 1815 г. Брюстером:
tg<PB=rt21, (9.2)
где п21 - показатель преломления второй среды по отношению к первой.
Для стекла с показателем преломления п = 1,53 угол Брюстера составляет
около 57°. Если на пути первично отраженного луча поместить вторую
пластинку нз стекла так, чтобы луч на псе падал под тем же углом Брюстера
и перпендикулярная плоскости падения компонента для первой пластинки
стала параллельной плоскости падения для второй (такое положение принято
называть скрещенным), то интенсивность отраженного от второй поверхности
света будет равна нулю. Если повернуть второе стекло на 90° вокруг оси
падающего на йего луча, то интенсивность отраженного луча будет
максимальной. Следовательно, совокупность таких двух отра-
Рис. 9.4
226
жающих поверхностей ведет себя подобно двум кристаллам турмалина.
Вышесказанное можно проверить с помощью широко известного старинного
прибора Нерремберга. Основная часть поляризационного прибора Нерремберга
состоит из двух диэлектрических отражающих поверхностей - поляризующего
стеклянного зеркала и анализатора из черного стекла, способных вращаться
вокруг фиксированных осей.
При падения-луча--на храницу раздела двух Диэлектриков под углом,
удовлетворяющим закону Брюстера, преломленный луч поляризуется
максимально, но не полностью. Для стекла с показателем преломления п =
1,53'степень поляризации при падении луча под углом Брюстера составляет
около 15%. Заставляя луч неоднократно преломляться, при условии падения
каждый раз на границу раздела иод углом Бркх iepa можно увеличить степень
поляризации. Достаточно преломлении на 8-10 наложенных друг на друга
стеклянных пласгипках, чюбы вышедший из такой системы свет стал
практически полностью поляризованным.
Такую совокупность пластинок называют стопой. В зависимости от
необходимости исследований в той или иной спектральной области ьыбнраегся
подходящий материал стопы. Так, если в видимой области материалом стопы
может быть обычное стекло, то в инфракрасной- селен или хлористое
серебро.
Все вышеизложенное имеет место для среде изотропными молекулами.
Нестрогое соблюдение закона Брюстера частично
можно объяснить, по-видимому, неизогропностыо молекул, что часто имеет
месго во многих реальных случаях. Эти выводы подтверждаются формулами
Френеля, из которых вытекает, в частности, закон Брюстера (см. § 1 гл.
III).
Как следует из формул Френеля, при падении света на границу двух
прозрачных сред под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно
перпендикулярны. В эгом легко убедиться также при совместном рассмотрении
закона преломления и закона Брюстера.
Объяснение закона Брюстера. Объясним теперь сущность закона Брюстера.
Отражение и преломление лучей являются результатом взаимодействия
падающего света со средой. Падающая световая волна возбуждает в среде
колебания электронов, которые становятся источником вторичных волн. Эти
волны, интерферируя между собой, дают отраженные и преломленные волны.
Можно заменить колебания электрического вектора в падающем естественном
свете совокупностью двух взаимно перпендикулярных составляющих (рис.
9.5), одна из которых лежит в плоскости падения (Е02), другая (Е01) -
перпендикулярна ей. Составляющая Е01 на рисунке "изображена" течкой, е*
Исходя из направления составляющих ?01 и ?0з падающей волны, можно
определить направления соответствующих составляющих преломленной и
отраженной волн. Постольку составляющая электрического вектора,
перпендикулярная плоскости падения, равноправна в падающей, преломленной
и отраженной волнах, то подобные колебания с равной вероятностью могут
происходить как в преломленном (Еп), так и в отраженном (?и) лучах. Что
касается составляющей электрического вектора, эквивалентной вектору Е02,
то она в преломленной волне будет направлена по ?22 и не станет
параллельной Е02. В этом легко убедиться, если обратить внимание на
различие углов падения (<р) и преломления (ф) и на поперечность
электромагнитной волны (преломленного света в данном случае). Итак,
