ДИСПЕРСИЯ СВЕТА

Скорость света в веществе зависит от частоты световой волны: v = v{v). Это означает, что световые волны разного цвета имеют в прозрачной среде разные коэффициенты преломления (а значит, и разную скорость). Зависимость п = «(со) называется дисперсией света, где со — циклическая частота световых колебаний.

Если с ростом частоты коэффициент преломления растет (d«/dco > 0), дисперсия света называется нормальной. При ней скорость света в среде убывает. Если же свет с увеличением частоты движется в веществе быстрее (d«/dco < 0), то такая дисперсия называется аномальной.

В области прозрачности все вещества обладают нормальной дисперсией, но вблизи резонансных частот, где поглощение очень сильное (в области полос поглощения), дисперсия света становится аномальной.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, т.е. векторы Е и Н колеблются в направлениях, перпендикулярных скорости распространения волны. В естественном (например, солнечном) свете в любой точке светового поля направление колебаний вектора Е непрерывно и хаотично меняется. Такой свет называется естественным, или неполяризованным. Его можно «упорядочить» — сделать, например, так, чтобы вектор Е колебался все время в одной плоскости (рис. 16.16, а). Такой свет называется плоско- или линейно-поляризованным. Можно заставить вектор Е равномерно вращаться. При этом конец светового вектора будет описывать (в плоскости, перпендикулярной направлению распространения) крут (рис. 16.16, б) или эллипс (рис. 16.16, в). Такая поляризация называется соответственно круговой (или циклической), эллиптической и т.п.

Рис. 16.16

Свет, в котором световой вектор как-то упорядочен, называется поляризованным. Устройства (объекты), превращающие неполяризованный свет в поляризованный, называются поляризаторами. В дальнейшем будем рассматривать главным образом плоскополяризованные световые волны.

Рис. 16.17

Поляризатор пропускает лишь колебания, лежащие параллельно некоторой плоскости П, называемой главной плоскостью поляризации. Если на него падает плоскополяризованный свет, световой вектор которого Е0 составляет с плоскостью П угол а (рис. 16.17), он пропустит лишь составляющую Е = Е0 cos а и задержит перпендикулярную составляющую Е2. Так как интенсивность световой волны пропорциональна квадрату амплитуды, то, возведя это соотношение в квадрат {Е = = El cos2a), его можно заменить выражением для соответствующих интенсивностей /о и 1 света до и после поляризатора:

Это соотношение называется законом Малюса. В частности, если главная плоскость поляризатора перпендикулярна плоскости поляризации света (а = я/2, cos а = 0), то свет через него не пройдет. В этом случае его используют в качестве анализатора плоскости поляризации первичного светового пучка.

Если на поляризатор падает неполяризованный свет, то после него получается пучок поляризованного света. Вектор Е (как и любой другой) можно представить в виде двух проекций на два произвольных направления. Просуммировав их за некоторое время, можно неполяризованный свет представить в виде двух пучков одинаковой интенсивности, поляризованных в двух (любых) взаимно перпендикулярных плоскостях. Интенсивность каждого из них будет равна половине интенсивности исходного светового пучка. Поэтому вне зависимости от ориентации поляризатор пропускает ровно половину естественного света.

Свет может быть частично поляризованным, если в нем преобладает поляризация в некотором направлении. В этом случае при вращении анализатора интенсивность прошедшего света будет меняться.

Поляризация света на границе двух сред. При падении светового луча на границу двух прозрачных сред он делится на два луча — отраженный и преломленный (рис. 16.18). Направление преломленного луча задается законом Снеллиуса (15.2).

Исследования световых лучей при их отражении и преломлении показали, что при делении падающего луча на границе двух сред происходит частичная поляризация вторичных лучей — отраженный луч «обогащается» колебаниями, вектор Е которых лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости падения (на рисунке показаны точками). В преломленный луч переходят преимущественно колебания с вектором Е в плоскости падения (черточки) (рис. 16.18, а). Если изменять угол падения, то соотношение «точек» и «черточек» в этих лучах меняется. При некотором угле /Б весь отраженный луч оказывается поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения (рис. 16.18, б). Шотландский физик Дэвид Брюстер установил, что при этом угол между отраженным и преломленным лучом составляет 90°. Из рисунка видно, что это равносильно соотношению fe + г = 90°, откуда г = 90 — /V Подставляя это равенство в (15.2), получаем

Рис. 16.19

Рис. 16.18

Это соотношение называется законом Брюстера, а угол /Буглом Брюстера.

К сожалению, интенсивность отраженного поляризованного луча невелика. Например, от стекла под углом Брюстера отражается всего 15 % падающей на него световой энергии, а 85 % уходит в преломленный луч. Чтобы сделать на этом принципе поляризатор, несколько пластинок собирают в стопу (рис. 16.19).

Если направить на нее неполяризованный свет под углом Брюстера, то в результате многократного отражения на пластинках он будет «очищен» от световых колебаний, перпендикулярных плоскости падения, и из стопы выйдет луч, почти полностью поляризованный в плоскости падения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >