Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 19

Степенью поляризации называют величину Р, равную

                                        (5.1)

Для характеристики частично поляризованного света используется величина , называемая поляризационным отношением.

Тогда из соотношения (5.1) имеем

                                         (5.2)

Существуют различные способы получения поляризованного света.

Если на пластинку кристалла турмалина, вырезанную вдоль определенного направления, называемого оптической осью кристалла, направить естественный луч света, то из него выйдет линейно поляризованный свет. Убедиться в линейности поляризации можно, если на пути луча поставить такую же вторую пластинку турмалина. Интенсивность прошедшего света будет максимальной, если плоскости световых колебаний параллельны друг другу. Первая пластинка турмалина, служащая для получения поляризованного света, называется поляризатором, вторая – анализатором. Если угол между плоскостями световых колебаний поляризатора и анализатора равен 90°, то интенсивность прошедшего света равна нулю.

При промежуточных значениях угла α (рис. 5.3) интенсивность І прошедшего через анализатор света определяется законом Малюса:

I=I₀ cos²α,                                       (5.3)

где І₀ – интенсивность света, вышедшего из поляризатора.

Рис. 5.3.

Если на границу раздела двух прозрачных диэлектриков направить естественный луч света, то часть светового потока отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде. Помещая на пути преломленного и отраженного лучей анализатор, например,пластинку турмалина, можно исследовать их поляризацию. Оказывается, что как отраженный, так и преломленный лучи частично поляризованы. А при угле падения φ (рис. 5.4), для которого выполняется соотношение:

,                                      (5.4)

Рис. 5.4.

отраженный луч полностью поляризован. Это соотношение получило название закона Брюстера. В этом случае угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°.

Рис. 5.5.

Линейно поляризованный свет можно получить, воспользовавшись явлением двойного лучепреломления.

Явление двойного лучепреломления заключается в том, что при прохождении света через прозрачные анизотропные среды, у которых физические свойства по различным направлениям неодинаковы, световой луч разделяется на два. Показатель преломления одного из лучей не зависит от направления распространения луча. Такой луч называется обыкновенным. Для другого из лучей показатель преломления зависит от направления распространения луча. Такой луч называется необыкновенным. Оба луча являются линейно поляризованными (рис. 5.5).

Необыкновенный луч поляризован в плоскости падения, обыкновенный – в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения.

Как правило, интенсивность обыкновенного и необыкновенного лучей одинакова, однако существуют и такие кристаллы, у которых один луч поглощается сильнее другого. Такое неодинаковое поглощение лучей получило название дихроизма. Сильным дихроизмом обладают кристаллы турмалина. В кристалле турмалина толщиной в 1 мм полностью поглощается обыкновенный луч, и из него выходит необыкновенный линейно поляризованный луч света. Еще большим дихроизмом обладает кристалл герапатита (йодистого хинина). Пластинка герапатита толщиной в 0,1 мм полностью поглощает обыкновенный луч света. Кристаллы герапатита используются в поляроидных пленках для получения поляризованного света. Поляроид представляет собой прозрачную пленку, в которую вкраплены микроскопические кристаллы герапатита. Поляроиды способны пропускать широкий спектр излучения, однако не обеспечивают полной поляризации света, особенно в синей области, и неодинаково прозрачны для лучей разных цветов.

Для получения поляризованного света широко используют различные поляризующие призмы. Призма Николя (николь) состоит из двух прямоугольных призм с преломляющими углами 68° и 22°, изготовленных из кристалла исландского шпата и склеенных прозрачной смолой (канадским бальзамом). При падении на такую призму естественного света происходит разделение луча на два. Обыкновенный испытывает полное внутреннее отражение, и из нее выходит необыкновенный линейно поляризованный луч света
(рис. 5.6а).