Поляризация при отражении и преломлении

Действие поляризаторов основано либо на явлении поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела двух изотропных диэлектри ков, либо на явлении оптической анизотропии и связанного с ним двойного лучепреломления.

В оптически изотропной среде, т.е. среде, имеющей одинаковые оптические свойства во всех направлениях, колебания электронов в атомах под действием падающей волны совпадают с направлением колебаний вектора E [1]. Колеблющиеся электроны излучают вторичные волны, интенсивность которых зависит от направления и может быть представлена полярной диаграммой, такой как на рис. 5. Здесь длина радиуса-вектора r характеризует величину интенсивности в различных направлениях. Излучение вдоль линии колебаний электрона (линия AB) отсутствует.

Результатом интерференции вторичных волн, излучаемых электронами, является отраженный луч света в направлении OD ₂ (рис. 6) и преломленный луч в направлении OD ₃, определяемом законом преломления

sin a / sin b = n ₂₁, где n ₂₁ – относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой. В других направлениях свет не распространяется вследствие взаимного гашения вторичных волн.

Рассмотрим случай, когда на границу раздела падает плоскополяризованная волна так, что вектор E лежит в плоскости падения (рис. 6). Колебания электронов под действием преломленной волны происходят вдоль линии AB, т.е. перпендикулярно OD ₃. Если выбрать направление падающего луча так, чтобы преломленный и отраженный лучи составляли угол 90°, то в направлении OD₂ интенсивность отраженного света будет равна нулю, так как оно совпадает с направлением колебания электрона AB.

Обратимся теперь к случаю, когда вдоль D ₁ O падает естественный свет. Вектор E, как указывалось в разделе 1, можно разложим на две составляющие: одна составляющая - в плоскости падения, другая – в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Колебания, происходящие в плоскости падения в отраженном луче, согласно изложенному выше, будут полностью отсутствовать. Останутся лишь колебания, перпендикулярные плоскости падения. Другими словами, при соблюдении условия

(4)

отраженный свет будет плоско поляризованным. Это явление называют законом Брюстера, а угол падения a, при котором выполняется условие (4), - углом Брюстера (a_Бр). Поскольку sin a /sin b = n ₂₁, то

. (5)

Если условие (4) не выполняется, то отраженный от диэлектрика свет поляризован только частично. Свет, преломленный в диэлектрике, также частично поляризуется. Преимущественное направление колебаний вектора E в преломленном свете лежит в плоскости преломления луча. Максимальная поляризация преломленного света достигается при падении под углом Брюстера. На практике для увеличения степени поляризации света, выходящего из диэлектрика, используют стопу из нескольких диэлектрических пластинок, расположенных под углом Брюстера к падающему свету.