о анізотропні елементи. Зміна поляризації стану світлового пучка внаслідок проходження через двупреломляющих середу використовується для вивчення оптичної анізотропії кристалів (кристалооптика). При візуальних дослідженнях оптично анізотропних середовищ широко використовується ефект хроматичної поляризації - фарбування поляризованого пучка білого світла після проходження через анізотропний кристал і аналізатор. У хроматичної поляризації в найбільш ефективній формі проявляється інтерференція поляризованих променів.
Явище поляризації світла і особливості взаємодії поляризованого світла з речовиною знайшли виключно широке застосування в наукових дослідженнях крісталлохимічеськой і магнітної структури твердих тіл, оптичних властивостей кристалів, природи станів, відповідальних за оптичні переходи, структури біологічних об'єктів, характеру поведінки газоподібних, рідких і твердих тіл в полях анізотропних обурень (електричному, магнітному, світловому та ін.), а також для отримання інформації про важкодоступних об'єктах (зокрема, в астрофізиці). Поляризоване світло широко використовується в багатьох областях техніки, наприклад, при необхідності плавного регулювання інтенсивності світлового пучка (закон Малюса), при дослідженнях напружень в прозорих середовищах (поляризаційно-оптичний метод дослідження), для збільшення контрасту та ліквідації світлових відблисків в фотографії, при створенні світлофільтрів , модуляторів випромінювання (модуляція світла).
Глава 2. Закон Малюса
Закон Малюса - фізичний закон, що виражає залежність інтенсивності лінійно-поляризованого світла після його проходження через поляризатор від кута між площинами поляризації падаючого світла і поляризатора.
,
де - інтенсивність падаючого на поляризатор світла, - інтенсивність світла, виходить із поляризатора, - коефіцієнт пропускання поляризатора.
Даний закон встановлений Етьєнном Луї Малюсом в 1810 році.
У релятивістській формі
,
де і - циклічні частоти лінійно поляризованих хвиль, падаючої на поляризатор і вийшла з нього.
Світло з іншої (не лінійна) поляризацією може бути представлений у вигляді суми двох лінійно-поляризованих складових, до кожної з яких застосуємо закон Малюса. За законом Малюса розраховуються інтенсивності проходить світла у всіх поляризаційних приладах, наприклад в поляризаційних фотометрах і спектрофотометрах. Втрати на відбиття, що залежать від і не враховуються законом Малюса, визначаються додатково.
На початку XIX століття, коли Томас Юнг і Огюстен Френель розвивали хвильову теорію світла, природа світлових хвиль була невідома. На першому етапі передбачалося, що світло являє собою поздовжні хвилі, що поширюються в деякій гіпотетичному середовищі - ефірі. При вивченні явищ інтерференції і дифракції питання про те, чи є світлові хвилі поздовжніми або поперечними, мав другорядне значення. У той час здавалося неймовірним, що світло - це поперечні хвилі, так як за аналогією з механічними хвилями довелося б припускати, що ефір - це тверде тіло (поперечні механічні хвилі не можуть розповсюджуватися в газоподібної або рідкому середовищі).
Однак, поступово накопичувалися експериментальні факти, що свідчать на користь поперечности світлових хвиль. Ще наприкінці XVII століття було виявлено, що кристал ісландського шпату (CaCO3) роздвоює проходять через нього промені. Це явище отримало назву подвійного променезаломлення.
Проходження світла через кристал ісландського шпату (подвійне променезаломлення). Якщо кристал повертати щодо направлення первинного променя, то повертаються обидва променя, що пройшли через кристал.
У 1809 році французький інженер Етьєнн Малюс відкрив закон, названий його ім'ям. У дослідах Малюса світло послідовно пропускався через дві однакові пластинки з турмаліну (прозоре кристалічна речовина зеленуватого забарвлення). Пластинки можна було повертати один щодо одного на кут?.
Ілюстрація до закону Малюса
Інтенсивність минулого світла виявилася прямо пропорційною cos2?:
електромагнітний хвиля поляризація промінь
I ~ cos2?.
Ні подвійне променезаломлення, ні закон Малюса не можуть знайти пояснення в рамках теорії поздовжніх хвиль. Для поздовжніх хвиль напрям поширення променя є віссю симетрії. У поздовжньої хвилі всі напрямки в площині, перпендикулярній променю, рівноправні. У поперечної хвилі (наприклад, у хвилі, що біжить по гумовому жгуту) напрямок коливань і перпендикулярне йому напрямок не рівноправні.
