§ 127. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении

Установим стеклянную пластинку под углом к световому лучу. Луч отразится. Начнем поворачивать луч около его оси (фактически мы будем поворачивать источник света около оси, вдоль которой идет луч), рассчитывая на то, что рано или поздно отраженный луч пропадет. Однако, если мы воспользуемся для опыта лучом естественного света, то наши ожидания не оправдываются: отраженный луч одинаковой интенсивности будет возникать при любом азимутальном положении падающего луча. Было бы ошибочным делать из этого вывод об опровержении только что изложенной теории. Этим опытом доказано лишь одно: поляризационное

состояние естественного луча более сложно, чем это дается схемой двух векторов имеющих фиксированное направление колебания.

Продолжая этот же опыт, заставим падать уже отраженный под углом луч на вторую такую же пластинку, установленную под тем же углом к лучу, отраженному от первой пластинки. Начнем теперь вращать луч около самого себя. Так как, разумеется, важно лишь относительное положение луча и зеркала, то проще вращать вторую стеклянную пластинку. Следя за двукратно отраженным лучом, мы обнаружим, что отражаться он будет по-разному, и без труда найдем такое положение, при котором отражение отсутствует. Очевидно, это такое взаимное положение луча и зеркала, при котором электрический вектор луча лег в плоскость падения. Мы можем сделать отсюда вывод: отражение от первого зеркала привело естественный луч в поляризованное состояние, при котором электрический вектор имеет одно единственное выделенное направление колебания.

В отличие от естественных лучей лучи с определенным направлением колебания векторов носят название поляризованных. Как же мы должны представить себе поляризационное состояние естественного луча? Приходится допустить, что в естественной электромагнитной волне равномерно представлены все возможные направления колебания электрического вектора. Мы подчеркиваем слово «возможные», так как электромагнитная теория говорит о поперечности электрического вектора. Следовательно, естественная неполяризованная волна является, по сути дела, наложением бесчисленного количества линейно поляризованных волн с равномерно представленными направлениями колебания векторов. Все поперечные направления являются направлениями колебания электрических векторов естественного луча света.

Отражение от двух последовательных зеркал, установленных под углами является одним из возможных способов поляризации световых лучей.

Электрические векторы естественного света можно всегда разложить по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Если исследуется отражение, то удобнее всего разложить векторы на составляющую, лежащую вдоль плоскости падения, и другую, к ней перпендикулярную. Поведение естественного луча эквивалентно поведению двух таких волн, если считать, что разность фаз между ними меняется по закону случая. Поэтому, когда говорят о поляризации света, употребляют выражения: одна из составляющих не прошла, или прошла в такой-то доле. Если при отражении света или при преломлении одна из составляющих проходит в большей степени, чем другая, а именно это и имеет место при отражении и преломлении, как показал рисунок кривых отражения, то происходит частичная поляризация света.

Этим явлением можно воспользоваться для того, чтобы поляризовать какой-либо луч полностью. Пользоваться двумя зеркалами, расположенными под углами к лучам, неудобно. Гораздо

удобнее пропустить луч света через стопу стеклянных пластинок. Каждое преломление будет на известный процент увеличивать долю одной из компонент в луче. Таким образом может быть осуществлена практически полная поляризация.

Естественное состояние светового луча — неполяризованное. Отсюда не надо делать вывод, что каждый луч, который не подвергался отражению или преломлению, является неполяризованным. Это прежде всего относится к радиоволнам. Короткие электромагнитные волны, на которых ведется телевизионная передача, сильно поляризованы. Именно это обстоятельство позволяет по расположению телевизионной антенны определить, в каком направлении находится передающий центр. Электромагнитная волна, несущая телевизионную передачу, сильно поляризована; антенну надо устанавливать так, чтобы направление колебания электрического вектора совпало с направлением антенны.