Файл: Лаб - М511 - 5.doc

Если падающее излучение неполяризовано (p–компонента и s–компонента равны и некогерентны), то отраженное излучение за счет неравенства коэффициентов отражения будет частично поляризовано: преимущественные колебания вектора Е будут происходить в направлении, перпендикулярном плоскости падения. Степень поляризации отраженного излучения определяется соотношением

. (4)

Энергетика отраженного излучения определяется энергетическими коэффициентами отражения – :

. (5)

где ,находятся из (1). На рис. 7 представлены зависимостиэнергетических коэффициентов отражения от угла падения.

Рис. 7. Показатель преломления

Огромное значение для практики имеет то обстоятельство, что при определенном угле (,), называемомуглом Брюстера, p–компонента отраженного излучения равна нулю.

Как следует из (1), сдвиг фаз между -компонентой и-компонентой составляет 0 или 180⁰ в зависимости от угла падения, при этом следует учитывать ориентацию осей координатных базисов на рис. 6. На рис. 8. показана ориентация вектора Е в падающем и отраженном излучении. Если угол падения меньше угла Брюстера, p -компонента не изменяет знак (зато ось разворачивается), аs-компонента изменяет знак (ось не разворачивается). В результате, векторЕ осуществляет поворот почти на 180⁰ относительно наблюдателя, который смотрит на зеркало навстречу отраженному лучу. При нормальном падении () происходит зеркальный поворот вектора Е , т.е. фаза отраженного вектора изменяется на 180⁰, что называют «потерей полуволны».

падающий свет отраженный свет

Рис. 8. Отражение света от диэлектрика (стеклянной пластинки).

Угол падения меньше угла Брюстера. Ось совпадает с направлением падающего луча, а ось отраженного луча.

При углах падения, больших, чем угол Брюстера, ситуация изменяется (рис. 9). Как следует из анализа (1), в этом случае изменяют знак обе компоненты вектора Е в выбранной системе координат.

падающий свет отраженный свет

Рис. 9. Отражение света от диэлектрика.

Угол падения больше угла Брюстера.

Теперь обратимся к излучению, которое прошло в более плотную среду. Из формул Френеля (1) следует, что для преломленного света амплитудный коэффициент пропускания границы раздела двух диэлектриков всегда больше для - компоненты, векторЕ которой ориентирован в плоскости падения. Это означает, что если падающее излучение линейно поляризовано с азимутом относительно плоскости падения, то в прошедшем излучении этот угол уменьшается (векторЕ как бы прижимается к плоскости падения), а именно:

. (6)

Если же падающее излучение неполяризовано (-компонента и-компонента равны и некогерентны), то преломленный свет будет частично поляризован. В этом случае преимущественная ориентация вектораЕ соответствует плоскости падения.

Важно отметить, что энергетические коэффициенты пропускания на границе раздела двух сред нельзя определить так просто, как коэффициенты отражения (5). При переходе излучения из одной среды в другую следует учитывать зависимость плотности потока энергии (интенсивности) от оптической плотности среды (показателя преломления) и сечения преломленного пучка света. С учетом сказанного коэффициенты пропускания плоской границы раздела определяются следующим образом:

, (7)

где ,задаются формулами (1).

Выражением закона сохранения являются соотношения, связывающее энергетические коэффициенты отражения и пропускания:

, . (8)

Заметим, что отношение коэффициентов пропускания не зависит от сечения преломленного пучка и рассчитывается по формуле:

. (9)

В ряде поляризационных устройств используются плоскопараллельные пластинки, оптическая плотность которых отличается от оптической плотности окружающей среды. Схема прохождения лучом такой пластины дана на рис. 10. Пусть – относительный показатель преломления материала пластины,– коэффициент анаморфизма. Используя соотношения (1) и применяя их последовательно к входной и выходной граням пластины, находим амплитудные коэффициенты пропускания для плоскопараллельной пластинки

. (10)

Рис. 10. Плоскопараллельная пластина

Энергетические коэффициенты пропускания пластины в данном случае находятся просто, так как среды 1 и 3 одинаковы:

, . (11)

Видно, что при нормальном падении (, пластина изотропна:

. (12)

При любых углах падения, кроме равного нулю, пропускание p-компоненты всегда превышает пропускание s-компоненты. Таким образом, пластина представляет собой так называемый частичный поляризатор, собственные оси которого ориентированы параллельно (более прозрачная) и перпендикулярно (менее прозрачная) плоскости падения. С увеличением угла падения так называемое качество Q такого поляризатора монотонно растет, достигая при скользящем падении величины

. (13)

Если угол падения света на пластину равен углу Брюстера (), то пропускание p-компоненты в идеале полное, поэтому такое расположение в основном и используется на практике (для повышения качества такого поляризатора возможно небольшое увеличение угла падения). Энергетические коэффициенты пропускания при брюстеровском падении излучения на пластину (в этом случае принято такую пластину называть «брюстеровской пластинкой») таковы:

, . (14)

Если падающее излучение имеет линейную поляризация с азимутом , то после прохождения пластины угол между плоскостью колебаний вектораЕ и плоскостью падения уменьшается:

. (15)

Если падающее излучение неполяризованное, то прошедшее излучение оказывается частично поляризованным, при этом степень поляризации P, численно равная качеству поляризатора Q, определяется соотношением:

. (16)

Одним из распространенных поляризационных устройств, используемых в качестве поляризатора, является так называемая оптическая стопа (стопа Столетова). Стопа представляет собой набор диэлектрических плоскопараллельных пластин, расположенных так, что нормали к рабочим плоскостям составляют с осью проходящего светового пучка приблизительно угол Брюстера. Рабочие грани пластины тщательно обработаны. При увеличении числа границ раздела качество Q такого частичного поляризатора увеличивается. В оптической стопе используется m пластин (рис.11).

m пластин

m

Рис.11. Оптическая стопа

При их брюстеровском расположении:

, (17)