ѕ-поляризованный свет, в котором вектор перпен

ËÀÁÎÐÀÒÎÐÈß
âòîðè÷íûõ âîëí ïðè ïàäåíèè ñâåòà íà
îáðàçåö. Íàïðàâëåíèå êîëåáàíèé ýëåêòðîíîâ ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì âåê→
òîðà E â ïðåëîìëåííîé ñâåòîâîé âîëíå, ò.å. îíî ïåðïåíäèêóëÿðíî íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñâåòà â ñðåäå.
Âûíóæäåííîå êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå
ýëåêòðîíîâ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê
ñóïåðïîçèöèþ êîëåáàíèé â ïëîñêîñòè
ïàäåíèÿ è â ïåðïåíäèêóëÿðíîì åé íàïðàâëåíèè – âåäü èñõîäíàÿ âîëíà íå
ïîëÿðèçîâàíà. Òàê êàê àíñàìáëü êîëåáëþùèõñÿ ýëåêòðîíîâ, èëè ýëåêòðè÷åñêèõ äèïîëåé, íå èçëó÷àåò â íàïðàâëåíèè ñâîåãî äâèæåíèÿ (ïîäóìàéòå, ïî÷åìó), òî ïðè ïàäåíèè ñâåòà íà ïëîñêèé
îáðàçåö ïîä óãëîì Áðþñòåðà, êîãäà
tg ϕ Á = n, îòðàæåííûé è ïðåëîìëåííûé ëó÷è ñîñòàâëÿþò ïðÿìîé óãîë è
îòðàæåííàÿ âîëíà âîçíèêàåò òîëüêî èççà èçëó÷åíèÿ ýëåêòðîíîâ, êîëåáëþùèõñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè ïàäå→
íèÿ ñâåòà. Â ðåçóëüòàòå âåêòîð E â
îòðàæåííîé âîëíå òîæå ïåðïåíäèêóëÿðåí ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ. Åñëè æå íà
îáðàçåö äèýëåêòðèêà ïîä óãëîì ϕ Á ïàäàåò èçíà÷àëüíî ïîëÿðèçîâàííûé ñâåò
è ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè ñîâïàäàåò ñ
ïëîñêîñòüþ ïàäåíèÿ, òî ñâåò íå îòðàæàåòñÿ îò îáðàçöà.
Ìîäåëüíûå ïðåäñòàâëåíèÿ è âûâîäû
òåîðèè î÷åíü ïîëåçíû â ôèçèêå. Íî
íåëüçÿ ëè áûëî âûïîëíèòü ïðÿìîé ýêñïåðèìåíò, ÷òîáû îòâåòèòü íà âîïðîñ,
→
êàê îðèåíòèðîâàí âåêòîð E â ïîëÿðèçîâàííîé ïðè îòðàæåíèè ñâåòîâîé âîëíå ïî îòíîøåíèþ ê ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ
ñâåòà? Äëÿ ó÷åíûõ XIX âåêà ýòî áûëî
ñäåëàòü íåïðîñòî, òàê êàê äëèíà ñâåòîâîé âîëíû λ î÷åíü ìàëà. Ñïîðû è
îáñóæäåíèÿ ïðîäîëæàëèñü áîëüøå 50
ëåò, ïîêà íå áûë ïîñòàâëåí ïðÿìîé
îïûò (Î.Âèíåð, 1890 ã.), â êîòîðîì
áûëî äîêàçàíî, ÷òî ïðè îòðàæåíèè ñâåòà îò äèýëåêòðèêà ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè ïåðïåíäèêóëÿðíà ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ.
Ïðåæäå ÷åì ïåðåéòè ê ñàìîñòîÿòåëüíûì ýêñïåðèìåíòàì, ñäåëàåì åùå îäíî
çàìå÷àíèå. Ïðåâðàòèòü åñòåñòâåííûé
ñâåò â ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàííûé èëè
àíàëèçèðîâàòü ñîñòîÿíèå ïîëÿðèçàöèè
ïó÷êà ñâåòà ìîæíî ïî-ðàçíîìó, íàïðèìåð ñ ïîìîùüþ äâîÿêîïðåëîìëÿþùåãî
êðèñòàëëà èëè îòðàæàòåëÿ, óñòàíîâëåííîãî ïîä óãëîì Áðþñòåðà, èëè â
îïûòàõ ïî ðàññåÿíèþ èçëó÷åíèÿ â ñðåäå. Íî ìîæíî ïîñòóïèòü ïðîùå: íàäî
ïðèîáðåñòè â ìàãàçèíå ôîòîòîâàðîâ
îäèí èëè ëó÷øå ïàðó ïîëÿðèçàöèîííûõ ôèëüòðîâ ìàðêè ÏÔ – èõ íàçûâàþò åùå ïîëÿðîèäàìè. Ýòè çàìå÷àòåëüíûå óñòðîéñòâà áûëè èçîáðåòåíû â êîíöå 20-õ ãîäîâ â ÑØÀ è ïðåäñòàâëÿþò
ñîáîé òîíêèå ðàñòÿíóòûå è îðèåíòèðî-
41
«ÊÂÀÍÒÀ»
Y
Z
θ
θ
X
Ðèñ. 3. Ëèíåéíûé ïîëÿðèçàòîð
ïðîïèëåíà, íå òîðîïèòåñü âûáðàñûâàòü
ïëåíêó: ïîëèïðîïèëåí – îòëè÷íûé ìàòåðèàë äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ïðîñòîãî ïîëÿðèçàöèîííîãî ïðèáîðà, êîòîðûé íàçûâàþò â íàøèõ ó÷åáíèêàõ ñòîïîé Ñòîëåòîâà. (Îáû÷íî ñòîïà Ñòîëåòîâà ñîñòîèò èç íàáîðà – ïîðÿäêà 10 øòóê –
ïàðàëëåëüíûõ òîíêèõ è îäíîðîäíûõ
ñòåêëÿííûõ ïëàñòèíîê, óñòàíîâëåííûõ
ñ ìàëûì âîçäóøíûì çàçîðîì ìåæäó
ñîñåäíèìè ïëàñòèíêàìè.) Âûðåæüòå èç
ïëåíêè ïîëîñêó è ñëîæèòå åå íåñêîëüêî
ðàç ïîïîëàì òàê, ÷òîáû ïîëó÷èëñÿ âîñüìè- èëè øåñòíàäöàòèñëîéíûé ïîëèìåðíûé ìíîãîñëîéíèê. Çàêðåïèòå åãî íà
ñòåêëÿííîé ïëàñòèíêå èëè â îïðàâêå,
÷òîáû îí áûë ïëîñêèì è îáÿçàòåëüíî
áåç ñêëàäîê.
 âàøèõ ðóêàõ ïîëÿðèçàòîð, ðàáîòàþùèé íà ïðîñâåò è íà îòðàæåíèå –
÷òîáû óáåäèòüñÿ â ýòîì, óñòàíîâèòå
ñòîïó íà ïóòè ñâåòîâîãî ïó÷êà, ðàçâåðíóâ åå ïëîñêîñòü ïî îòíîøåíèþ ê ïó÷êó
íà óãîë Áðþñòåðà ϕ Á ≈ π 3 (äëÿ ïîëèïðîïèëåíà n ≈ 1,5 ). Ñ ïîìîùüþ ïëåíî÷íîãî ïîëÿðîèäà ïðîâåðüòå, ÷òî ñâåò,
ïðîøåäøèé ÷åðåç ñòîïó, ñèëüíî ïîëÿ→
ðèçîâàí. À êóäà íàïðàâëåí âåêòîð E â
òàêîé ñâåòîâîé âîëíå? Ñðàâíèòå, ñîîòâåòñòâóþò ëè ðåçóëüòàòû âàøèõ èçìåðåíèé ðèñóíêó 4, íà êîòîðîì ïîÿñíÿåòñÿ
ïðèíöèï äåéñòâèÿ ñòîïû-ïîëÿðèçàòî-
âàííûå (íà ìîëåêóëÿðíîì óðîâíå) ïëåíêè ïîëèìåðîâ ñ äîáàâêàìè ïîãëîòèòåëÿ, òàê ÷òî îäíà èç îðòîãîíàëüíûõ
ïîëÿðèçàöèé ïîëíîñòüþ ïîãëîùàåòñÿ â
ïëåíêå (äèõðîè÷íûé ïîëÿðèçàòîð).
Ïåðâûé ïîëÿðîèä ñäåëàë Ýäâèí Ëåíä,
áóäó÷è ñòóäåíòîì Ãàðâàðäñêîãî êîëëåäæà, àâòîðó èçîáðåòåíèÿ áûëî òîãäà
âñåãî 19 ëåò.
Äëÿ óäîáñòâà ïëåíêà ïîëÿðîèäà ïîìåùåíà â îïðàâó, ñ âîçìîæíûì âðàùåíèåì åå âîêðóã îñè, è çàêðûòà ñ äâóõ
ñòîðîí ñòåêëàìè. Íà îïðàâå åñòü äâå
äèàãîíàëüíûå òî÷êè-ìåòêè îðèåíòàöèè
ïîëÿðîèäà, êîòîðûå ïîìîãóò îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè
ñâåòîâîãî ëó÷à â âàøèõ îïûòàõ. Íà
ðèñóíêå 3 ïîêàçàíî, êàê óñòàíàâëèâàþòñÿ â ïó÷êå ñâåòà ïîëÿðîèäû è êàê
îíè äåéñòâóþò â êà÷åñòâå ëèíåéíîãî
ïîëÿðèçàòîðà (èëè àíàëèçàòîðà) ïîëÿðèçîâàííîãî ïó÷êà.
Òåïåðü – îïûòû. Ïðåäëàãàåì ïðîäåëàòü ÷åòûðå íåñëîæíûõ îïûòà, êîòîðûå ïîìîãóò ãëóáæå ïîçíàêîìèòüñÿ ñ
ïîëÿðèçàöèåé ñâåòà.
Îïûò 1. Ñòîïà Ñòîëåòîâà
èç ïîëèìåðíûõ ïëåíîê
Åñëè âû êóïèëè â ìàãàçèíå êóñîê ñûðà,
óïàêîâàííûé â òîíêóþ ïðîçðà÷íóþ ïîëèìåðíóþ ïëåíêó, íàïðèìåð èç ïîëè-
p-ïîëÿðèçîâàííûéH ñâåò, â
êîòîðîì âåêòîð - ïàðàëëåëåí ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ
ϕÁ
ϕÁ
Ðèñ.4. Ðàçäåëåíèå åñòåñòâåííîãî ñâåòà íà äâà
Íîðìàëü
ïó÷êà ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà ñ ïîìî- Ïàäàþùèé
ùüþ ïëàñòèíîê èç ïðî- åñòåñòâåííûé ñâåò
çðà÷íîãî äèýëåêòðèêà
s-ïîëÿðèçîâàííûéH ñâåò,â
êîòîðîì âåêòîð - ïåðïåíäèêóëÿðåí ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ