Метод та дослідницька установка

Поляризація світла – фізична характеристика світлового випромінювання, що описує поперечну анізотропію світлових хвиль (неоднаковість амплітуд світлових хвиль, які утворюють світловий промінь, в різних площинах). Вперше це явище було помічено у 1690 році голландським вченим Х. Гюйгенсом в дослідах з кристалами ісландського шпату, в яких відбувалося роздвоєння світлового променя. Хоча роздвоєні промені, як правило, є когерентні, явища інтерференції при безпосередній взаємодії цих променів не відбувалося. Даний факт і наштовхнув Ньютона на впровадження нового поняття. Але повністю поляризація світла була пояснена тільки в електромагнітній теорії світла Дж. Максвела.

Обладнання для спостереження поляризації світла показано на рис. 3.1. Світловий промінь попадає спочатку на поляризатор, який пропускає світлові хвилі з коливаннями тільки в одній площині – площині поляризації даного поляризатора Р. Далі вже поляризований промінь попадає на аналізатор. Ці два прилади абсолютно ідентичні, вони відрізняються тільки тим, що поляризатор розташовують першим, а аналізатор другим. Аналізатор, як правило, обладнаний шкалою для вимірювання кута повороту його площини поляризації навколо осі, яка співпадає з напрямком розповсюдження світлового променя. Після аналізатора світло попадає на екран, де ми спостерігаємо зміну інтенсивності освітлення при обертанні площини поляризації аналізатора. Ми можемо замінити екран на світлочутливий фотоелемент і за допомогою мікроамперметра спостерігати зміну фотоструму, який є пропорційним освітленню фотоелемента.

 

Fig. 7.5

Залежність інтенсивності світлового променя після аналізатора I від кута j між площинами поляризації поляризатора та аналізатора описує закон Малюса

I = kI ₀cos²j,

де I ₀ – інтенсивність світла після поляризатора, k – коефіцієнт поглинання світла, який залежить тільки від матеріалу, з якого зроблений аналізатор і є постійним для даного аналізатора.

Більш детально перетворення світлового променя показані на рис. 3.2. Зліва на рисунку схематично зображено звичайний неполяризований світловий прмінь, у якому коливання відбуваються у всіх площинах. Поляризатор пропускає промені, що коливаються в площині Р. Умовно такий промінь можна розкласти на дві проекції (a, b). Одна з них (a) паралельна до площини поляризації аналізатора А, тільки цю складову й пропустить аналізатор. Для іншої складової променя (b) аналізатор буде непрозорим. Таким чином, чим більший кут j, тим менша частина поляризованого променя пройде через аналізатор. При j = 90° аналізатор буде повністю непрозорим для поляризованих променів. Що є експериментальним підтвердженням закону Малюса. Косинус кута j в цьому законі ми беремо у квадраті, оскільки інтенсивність світла пропорційна квадратові амплітуди світлової хвилі, а всі попередні міркування стосувалися саме амплітуди.