ФИЗИКА

5.4.2. Поляризация света при отражении и преломлении

Если угол падения света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, то отражённый и преломлённый лучи оказываются частично поляризованными. В отражённом луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения, в преломлённом луче – колебания, параллельные плоскости падения (рис. 5.4.4). Степень поляризации зависит от угла падения.

Обозначим через угол, определяемый условием

(5.4.5)

(n12 - показатель преломления второй среды относительно первой).

При угле падения, равном , отражённый луч полностью поляризован (он содержит только колебания, перпендикулярные к плоскости падения). Степень поляризации преломлённого луча при угле падения, равном , достигает наибольшего значения, однако этот луч остаётся поляризованным только частично.

Соотношение (5.4.5) носит название закона Брюстера. Легко убедиться в том, что при падении света под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно-перпендикулярны.

Явление поляризации света при отражении и преломлении объясняет электромагнитная теория Максвелла. Мы ограничимся качественным объяснением. Предположим для простоты, что отражение и преломление происходят на границе диэлектрика с вакуумом. Падающая световая волна, проникнув в диэлектрик, заставляет оптические электроны атомов совершать вынужденные колебания. Колеблющиеся электроны излучают электромагнитные волны, которые мы назовём вторичными. Вне диэлектрика вторичные волны, налагаясь друг на друга, дают отражённую волну. Внутри диэлектрика вторичные волны складываются с падающей первичной волной. Результирующая первичной и вторичной волн образует преломлённую волну. Вынужденные колебания электронов совершаются в направлении вектора этой результирующей волны.

Рассмотрим один из электронов, излучающих вторичную волну. Разложим колебание электрона на два колебания, одно из которых совершается в плоскости падения, второе – в направлении, перпендикулярном к этой плоскости.

Первое колебание изображено на рис. 5.4.5 сплошной двусторонней стрелкой, второе – штриховой стрелкой. Каждому из колебаний соответствует плоскополяризованная вторичная волна. Сильнее всего электрон излучает в направлении, перпендикулярном к направлению колебаний; в направлении колебаний электрон не излучает.

Из рис. 5.4.5 следует, что в направлении отражённого луча интенсивность вторичной волны с плоскостью колебаний, перпендикулярной к плоскости падения (штриховой лепесток), намного превышает интенсивность вторичной волны, в которой вектор колеблется в плоскости падения (сплошной лепесток). Следовательно, в отражённом луче колебания, перпендикулярные к плоскости падения, преобладают над колебаниями иных направлений, поэтому отражённый луч оказывается частично поляризованным. При падении света под углом Брюстера направление колебаний электронов, параллельных плоскости падения (сплошная двусторонняя стрелка), совпадает с направлением отражённого луча, так что интенсивность вторичной волны с соответствующим направлением колебаний обращается в нуль – отражённый луч оказывается полностью поляризованным.

В естественном падающем луче интенсивность колебаний различных направлений одинакова. Энергия этих колебаний распределяется между отражённой и преломлённой волнами. Поэтому если в отражённом луче будет больше интенсивность колебаний одного направления, то в силу закона сохранения энергии в преломлённом луче должна быть больше интенсивность колебаний другого направления. Отсюда следует, что преломлённый луч будет частично поляризован.

к к к