Поляризація світла

Світло є поперечною електромагнітною хвилею. А поперечні хвилі мають здатність до поляризації. Коротко розглянемо суть цього явища.

Досвід із турмаліном

Довгий час у фізиці видиме світло вважалося поздовжніми коливаннями світового ефіру, аналогічним до звукової хвилі. Проте на початку ХІХ ст. стало накопичуватися дедалі більше даних, які суперечать цьому твердженню. Найбільше поздовжності світлових коливань суперечили досліди з прозорими кристалами деяких речовин, які у природі.

Наприклад, якщо взяти пластинку мінералу турмаліну, вона пропускає світло приблизно так само, як це робить скло та інші прозорі матеріали. Але, якщо пропустити світло через дві скляні пластинки, він проходить крізь них майже без змін. При пропущенні світла через дві пластинки з турмаліну друга пластинка може різко збільшити поглинання світла.

Ця властивість турмаліну залежить від взаємного положення платівок. Можна знайти таке становище, коли світло поглинається другою платівкою дуже слабко. Але якщо цю пластинку повернути на 90⁰, то пластинка повністю поглине весь світ, що пройшов крізь першу пластинку. При цьому зовнішнє світло, як і раніше, проходитиме крізь неї.

Мал. 1. Досвід із турмаліном.

Пояснити досвід з турмаліном можна тільки якщо припустити, що світло є поперечною хвилею.

Поздовжня хвиля повністю симетрична щодо вектора поширення. І тому перешкоди, крізь які вона проходить, можуть лише послаблювати її незалежно від їхньої орієнтації.

Поперечна хвиля — несиметрична.І якщо перша пластинка турмаліну пропускає в горизонтальному положенні поперечну хвилю, вектор якої змінюється вертикально, то друга пластинка пропустить її, тільки якщо вона також пропускає хвилю з вектором, що змінюється вертикально. При повороті цієї платівки вона зможе пропустити таку хвилю.

Поляризація світла

Властивість поперечної хвилі змінювати амплітуду лише в одній площині називається поляризацією.

Механічний аналог досвіду з турмаліном можна провести, якщо взяти довгий гнучкий шнур і дві плоскі рамки, в яких шнур може коливатися тільки в одній із площин.

Мал. 2. Поляризація механічних хвиль.

Поляризація електромагнітної хвилі (у тому числі світловий) має ту саму природу. p align="justify"> Вектор напруженості поля у неполяризованої хвилі змінюється в обох площинах, поперечних вектору поширення. А для поляризованої хвилі коливання вектора відбуваються лише в одній площині.

Умови поляризації світла при відбитку було встановлено Д. Брюстером. Закон Брюстера говорить: коли світло, що проходить середовище з показником заломлення $n_1$, відбивається від кордону з середовищем, що має показник заломлення $n_2$, відображене світло буде повністю поляризоване, якщо кут $\theta$, під яким відбувається падіння на кордон середовищ , буде відповідати умові:

Цілком теорія поляризації зі строгими формулами була створена в першій половині XIX ст. О. Френелем.

Застосування поляризованого світла

Можливість гасити світло з різною поляризацією знаходить широке застосування.

Насамперед можна згадати кристалографію. Дослідження поверхні поляризації світла, що пройшло крізь кристал, дозволяють з'ясувати його структуру за допомогою спеціальних приладів.

Ще однією часто використовуваною можливістю є поляризаційні фільтри у фотографії та відео. Відбите світло дуже часто стає поляризованим, і його можна відсікти за допомогою спеціальних світлофільтрів, позбавляючись небажаних відблисків на фотографіях. Це також дає змогу збільшити контраст зображення.

Зрештою, слід згадати системи стереокіно. Світло від екрану має дві площини поляризації, які поділяються на світлофільтрах окулярів.

Мал. 3. Застосування поляризації.

Що ми дізналися?

Поляризація поперечних хвиль - це здатність змінювати вектор амплітуди коливань лише в одній площині. Теорія поляризації була розроблена О. Френелем у першій половині ХІХ ст. Зараз явище поляризації світла використовується у кристалографії, у фото- та відеотехніці для збільшення контрасту, гасіння відблисків та відбитого світла.