Skip to main content
Вся фізика

Поляризатори

Фейнманівські лекції з фізики

Досі ми говорили про середовища, показник заломлення яких різний для різних напрямків поляризації падаючого світлового пучка. Велике значення для практичних застосувань мають й інші середовища, у яких залежно від поляризації світла змінюється не тільки показник заломлення, а й коефіцієнт поглинання. Як і у випадку двопроменезаломлення, легко зрозуміти, що поглинання може залежати від напрямку вимушених коливань зарядів лише в анізотропних середовищах. Перший, старий, уже знаменитий приклад — це турмалін, а інший — поляроїд. Поляроїд складається з тонкого шару маленьких кристалів герапатиту (сіль йоду і хініну), вишикуваних своїми осями паралельно одна одній. Ці кристали поглинають світло, коли коливання відбуваються в якомусь одному напрямку, і майже не поглинають світла, коли коливання відбуваються в іншому напрямку. Спрямуємо на поляроїд пучок світла, поляризований під кутом θ до його осі. Яка інтенсивність буде у пучка, що пройшов крізь поляроїд? Розкладемо наш пучок світла на дві компоненти: одну з поляризацією, перпендикулярною тій, що проходить без ослаблення (вона пропорційна sin θ), і другу — поздовжню компоненту, пропорційну cos θ. Крізь поляроїд пройде лише частина, пропорційна cos θ; компонента, пропорційна sin θ, поглинеться. Амплітуда світла, що пройшло крізь поляроїд, менша за амплітуду падаючого світла і отримується з неї множенням на cos θ. Інтенсивність світла пропорційна квадрату cos θ. Таким чином, якщо падаюче світло поляризоване під кутом θ до осі поляроїда, частка інтенсивності, яку пропускає поляризатор, становить cos2θ від повної. Частка інтенсивності, що поглинається в поляроїді, є, звісно, sin2θ. Цікавий парадокс виникає в такому досліді. Відомо, що два поляроїди з осями, розташованими перпендикулярно одна до одної, не пропускають світла. Але якщо між такими поляроїдами помістити третій, вісь якого спрямована під кутом 45° до осей двох інших, частина світла пройде крізь нашу систему. Як ми знаємо, поляроїд лише поглинає світло, створити світло він не може. Тим не менш, поставивши третій поляроїд під кутом 45°, ми збільшуємо кількість світла, що пройшло. Ви можете самі проаналізувати це явище як вправу. Одне з найцікавіших поляризаційних явищ, яке виникає не в складних кристалах і всіляких спеціальних матеріалах, а в простому і дуже добре знайомому випадку, — це відбиття від поверхні. Здається неймовірним, але при відбитті від скла світло може поляризуватися, і пояснити фізично цей факт досить просто. На досліді Брюстер показав, що світло, відбите від поверхні, повністю поляризоване, якщо відбитий і заломлений у середовищі промені утворюють прямий кут. Цей випадок показано на фіг. 33.4. Якщо падаючий промінь поляризований у площині падіння, відбитого променя не буде зовсім. Відбитий промінь виникає лише за умови, що падаючий промінь поляризований перпендикулярно площині падіння. Причину цього явища легко зрозуміти. У відбивальному середовищі світло поляризоване перпендикулярно напрямку руху променя, а ми знаємо, що саме рух зарядів у відбивальному середовищі генерує промінь, що виходить з нього і який називають відбитим. Поява цього так званого відбитого променя пояснюється не просто тим, що падаючий промінь відбивається; ми тепер уже знаємо, що падаючий промінь збуджує рух зарядів у середовищі, а він, у свою чергу, генерує відбитий промінь. З фіг. 33.4 зрозуміло, що лише коливання, перпендикулярні площині сторінки, дають випромінювання в напрямку відбитого променя, а отже, відбитий промінь поляризований перпендикулярно площині падіння. Якщо ж падаючий промінь поляризований у площині падіння, відбитого променя не буде зовсім. Це явище легко продемонструвати при відбитті лінійно поляризованого променя від плоскої скляної пластинки. Повертаючи пластинку під різними кутами до напрямку падаючого поляризованого променя, можна помітити різкий спад інтенсивності при значенні кута, що дорівнює куту Брюстера. Це падіння інтенсивності спостерігається лише в тому випадку, коли площина поляризації збігається з площиною падіння. Якщо ж площина поляризації перпендикулярна площині падіння, помітного спаду інтенсивності відбитого світла не спостерігається.