Явление Брюстера. Естественный свет

Если отражать свет обычных источников от плоского диэлектрика, то отражение всегда имеет место. Но при двукратном отражении от двух пластин одинакового диэлектрика (рис. 7.3), причем углы падения на них должны быть одинаковыми, можно подобрать такой угол, что от первого диэлектрика свет отразится, а от второго, если плоскость падения на него перпендикулярна плоскости падения на первый диэлектрик, отражение полностью исчезнет. Это явление называют явлением Брюстера. Отражение света есть результат излучения молекулярных диполей диэлектрика, возбужденных световой электромагнитной волной. Допустим, что в падающей волне направление вектора беспорядочно и быстро меняется (это возможно, так как падающий свет есть совокупность последовательных беспорядочных актов излучения атомов светящегося тела). Тогда и диполи вещества приходят в беспорядочно ориентированные колебания, которые, однако, происходят обязательно перпендикулярно преломленному лучу, определяющему поведение молекул диэлектрика (рис. 7.4). Если угол α подобран так, что направление отраженного луча должно совпасть с нормалью к преломленному лучу, то отражение составляющей вектора , лежащей в плоскости падения, будет невозможно. В отраженном свете сохранится лишь составляющая вектора , нормальная плоскости падения, т. е. отраженный свет станет линейно (плоско)-поляризованным. Если теперь он попадает на второй такой же диэлектрик, причем его колебания лежат в плоскости падения, то отражение должно исчезнуть, что и наблюдается в действительности. При других положениях плоскости падения отражение существует (для наблюдения второй диэлектрик вращают вокруг луча, не меняя угла падения).

Рис. 7.3

Рис 7.4

Необходимый для успеха опыта угол, называемый углом Брюстера, определяется из условия, что отраженный луч перпендикулярен преломленному. Из рисунка видно, что при этом

и, следовательно, угол Брюстера удовлетворяет условию:

(7.2)

где n — показатель преломления диэлектрика. Уже этого опыта достаточно для доказательства поперечности световых волн. Подчеркнем, что преломленный луч существует всегда. В главе 2 были введены формулы Френеля, определяющие коэффициенты отражения (по амплитуде) линейно-поляризованного света с электрическим вектором, параллельным () ИЛИ перпендикулярным () плоскости падения:

(7.3)

где а — угол падения, у — угол преломления.

Коэффициенты отражения по энергии и равны квадратам И .

Диэлектрик, позволяющий получить линейно-поляризованный свет, называется поляризатором. Тот же диэлектрик, использованный для анализа поляризации света, называется анализатором.

Рис 7.5

Рис 7.6

Опыт показывает, что интенсивность линейно-поляризованного света, получаемого при отражении, не зависит от пространственной ориентации плоскости падения. Поэтому приходится допустить, что среднее значение проекции вектора волны, излучаемой обычными источниками света, на два произвольных взаимно перпендикулярных направления одинаково. Очевидно, оно равно:

(7.4)

где Em— амплитуда вектора Е. Тогда интенсивность света для указанных направлений колебаний будет равна:

(7.5)

где I — интенсивность падающего света. Это свойство следует рассматривать как определение полностью неполяризованного (естественного) света. Для такого света при произвольном угле падения коэффициент отражения по энергии равен:

На рисунке 7.5 изображены вычисленные (и превосходно подтверждаемые опытом) значения коэффициентов отражения , и R для двух сортов стекол в оптическом диапазоне (n= 1,33 и n=1,6) и для воды в сантиметровом диапазоне (n=9).