Волны - Крауфорд Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Это можно понять по аналогии с приходящей и проходящей волной в струне.
Приходящая волна создает вынуждающую силу и образует проходящую волну.
При этом коэффициент пропускания положителен, так как вынуждающая сила,
созданная приходящей волной, подобна вынуждающей силе, явившейся
источником приходящей волны. (Количественное рассмотрение отражения и
прохождения при нормальном падении см. в п. 5.3.) Преломленная волна
создана главным образом первичным источником света и лишь частично
излучением электронов стекла, происходящим под действием .вынуждающей
силы. Отраженная волна образована излучением электронов, находящихся под
действием преломленной волны. Известно также (п. 5.3), что при нормальном
падении коэффициент
Вынуждающее поле Поле В преломленном луче
h
Рис. 8.8. Фазовые соотношения для света, отраженного от стекла, а) Угол
Bi меньше угла Брюстера; б) 02 больше угла Брюстера. Кружками показана
поляризация, перпендикулярная плоскости чертежа. Крест и точка означают,
что вектор Е направлен от нас или на иас соответственно. Стрелками
показано направление Е в плоскости рисунка.
373
отражения для электрического поля (при падении света из воздуха в стекло)
отрицателен. Мы знаем также, что электрическое поле в отраженной волне
будет суперпозицией вкладов, пропорциональных проекции амплитуды
колебания электронов на направление, перпендикулярное лучу, проведенному
к наблюдателю отраженного света. Таким образом, мы получим все фазовые
соотношения при нормальном падении, если скажем, что при падении света из
воздуха в стекло наблюдатель отраженного света "видит" амплитуду,
обратную по знаку проекции амплитуды в прошедшей волне (последняя берется
на то же направление, т. е. на перпендикуляр к лучу, проведенному к
наблюдателю). Это утверждение справедливо не только для нормального
падения, но и для всех углов падения. Из него можно получить значение
угла Брюстера и фазовые соотношения для всех других углов падения.
Интенсивность света при зеркальном отражении. Мы не станем заниматься
выводом формул для интенсивности отраженного света*). Используя поляроиды
и предметное стекло микроскопа, вы легко проверите, что интенсивность
компоненты, линейно-поляризованной в направлении, перпендикулярном
плоскости падения, увеличивается при изменении угла падения от 0°
(нормальное падение) до 90° (скользящее падение). При нормальном падении
от одной поверхности отражается около 4% интенсивности падающего света и
около 8% от покровного стекла микроскопа, имеющего две поверхности. При
скользящем падении отражается практически 100% падающего света.
Интенсивность компоненты, поляризованной в плоскости падения, при
отражении от обеих поверхностей предметного стекла составляет около 8%
при нормальном падении, уменьшается до нуля при угле Брюстера (56°) и
затем постепенно возрастает до 100% при скользящем падении (см. домашний
опыт 8.26).
Окно Брюстера в лазере. Существование угла Брюстера можно использовать
для получения стеклянного окна, пропускающего 100% света. Такое
устройство называется окном Брюстера. Предположим, что у вас есть прибор,
в котором луч света должен проходить через стеклянное окно. При
нормальном падении через окно проходит 92% падающей интенсивности (около
4% теряется на каждой поверхности). Во многих случаях с такой потерей
интенсивности можно примириться, но в газовом лазере, где отражающие
зеркала расположены за окнами, свет будет около 100 раз проходить через
окна, и 0,92 в сотой степени составит всего лишь 0,0003. Таким образом, в
газовом лазере потеря в 8% на одно прохождение недопустима.
Остроумное решение проблемы можно получить, расположив окно так, чтобы
свет падал под углом Брюстера. При этом компонента, поляризация которой
перпендикулярна плоскости падения, ча-
*) Прекрасный вывод этих формул, называемых формулами Френеля, дан Р.
Фейнманом. См. "Фейнмановскне лекции по физике", выпуск 7, Москва, "Мир",
1966.
374
стично отражается и частично проходит. После большого числа прохождений
через окно она почти полностью удаляется из пучка благодаря отражениям. С
другой стороны, компонента с поляризацией, параллельной плоскости
падения, полностью проходит, так как при угле Брюстера коэффициент
отражения для этой компоненты равен нулю. Поэтому даже после многих
прохождений окна потери этой компоненты пренебрежимо малы. В конечном
итоге половина света пропадает, а вторая половина выходит из лазера
полностью линейно-поляризованной. Недорогие газовые лазеры, обычные для
учебных физических лабораторий, имеют окна Брюстера. Если у вас есть
такой лазер, проверьте с помощью поляроида поляризацию испускаемого
света, действие окна орюстера показано на рис. 8.9.
Поляризация радуги. Поляризация радуги - пример еще более эффектный, чем
поляризация голубого неба. Постарайтесь предсказать, является ли
поляризация радиальной или тангенциальной (относительно дуги радуги).
Если вы не можете дождаться радуги, чтобы проверить свои предсказания, то
