Закон Малюса, преломление световых лучей, поляризаторы

1809 год внес свои изменения в научный мир общества. Инженер из Франции Э. Малюс открыл новый способ поляризации света. Проводя опыты, он случайно обратил внимание на то, что если кристалл поворачивать вокруг отражающегося от стекла луча, интенсивность света может периодически как возрастать, так и уменьшаться. Но полностью свет не гаснет, а лишь усиливается или ослабевает, но только при определенном положении кристалла. Утверждение получило название «закон Малюса», оно было признано в ученом сообществе.

Видео: Явление Брюстера

Из физики известно, что свет может преобразовываться в плоско поляризованный луч. Происходит это при использовании специальных устройств, которые могут пропускать только определенно направленные колебания. Примером тому могут служить находящиеся параллельно плоскости колебания, пропускающие свет и расположенные перпендикулярно задерживающие колебания. Как поляризатор используются анизотропные среды по отношению к колебанию вектора, такие, как кристаллы. Самым известным по природному происхождению является турмалин. Он достаточно сильно поглощает лучи света, которые своим электрическим вектором перпендикулярны к зрительной оси, что также следует как вывод закона Малюса. А вот тот свет, в котором этот элемент параллелен, почти не поглощается. Этим объясняется то, что естественное освещение, проходя через пластину кристалла, поглощается только наполовину и поляризуется линейно с электрическим вектором, расположенным параллельно зрительной оси турмалина.

Более удобным в обращении кристаллом, обладающим точно такими же свойствами, является поляроид. Он состоит из приготовленных искусственным путем коллоидных пленок, которые и нужны для того, чтоб получать поляризованный свет. Как и в турмалине, принцип работы основан на одном кристалле, который поглощает перпендикулярно направленные колебания света. И в этом явлении закон Малюса не выражается. Рассмотрим другие примеры.

А вот когда поляризация световых лучей происходит при преломлении или отражении на границе с изотропными диэлектриками – это и есть закон Малюса. Он несколько подкорректировал физические явления, связанные с электрическими колебаниями света.

Но закон Малюса, вывод которого сформулирован выше, не утверждает, что такой способ поляризации основной и единственный. Существуют и другие.

Видео: Surface illumination - Physics in experiments

Любой прибор, который используется для получения полярных лучей света, имеет название поляризатора. А вот изучается и исследуется оно при помощи анализатора.

Например, есть два кристалла, которые расположены друг за другом таким образом, что оси образуют угол. Первый пропустит свет, у которого электрический вектор направлен параллельно его оси. Составляющая интенсивности луча будет задержана вторым кристаллом. И уже через два поляроида он пройдет с одинаковой длиной электрических векторов. Другими словами, отношение этих интенсивностей будет пропорционально амплитудному квадрату.

Отсюда следует вывод о том, что свет, прошедший через анализатор, по своей мощности равен силе луча, следовавшего через поляризатор и умноженной на косинус угла в квадрате между ними. Это соотношение и составляет явление, которое описывает закон Малюса.

Сюда же можно отнести и двойное преломление лучей света, которое является основным свойством при прохождении через кристаллы. Объясняется это особенностями, которые присутствуют в среде анизатропа при распространении света. Например, направив на кристалл шпата узкий световой пучок, пройдя через него, появятся два разделенных луча, идущих параллельно друг другу. Это произойдет в любом случае, даже если свет на кристалл падает в нормальном положении. Один из них называется обыкновенным и является продолжением первичного пучка, а второй – необыкновенным, так как имеет свойство отклонения.