Поляризация света. Эффект Фарадея

В любом источнике света даже малых размеров элементарные процессы излучения света атомами происходят независимым образом. Такой свет называется естественным или неполяризованным светом, так как в нем в равной мере представлены электромагнитные волны со всевозможными направлениями колебаний векторов напряженностей электрического E и магнитного H полей, удовлетворяющие условию перпендикулярности к направлению распространения волны.

Поляризация света — это упорядоченность в ориентации векторов EnH световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Плоскостью поляризации называется плоскость, в которой лежат вектор напряженности электрического поля E и световой луч. Устройства, служащие для преобразования естественного света в поляризованный, называются поляризаторами.

Действие поляризаторов основано либо на явлении поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела изотропных прозрачных диэлектриков, либо на явлении оптической анизотропии и связанного с ним двойного лучепреломления. Принято считать, что во всех способах преобразования естественного света в поляризованный, из естественного света полностью или частично отбираются составляющие с определенной ориентацией плоскости поляризации. В первом случае получаетдя плоскополяризованная волна, а во втором — частично поляризованная волна. Такое объяснение непосредственно связано с пониманием света как обычного электромагнитного поля. Однако при такой трактовке эффекта поляризации должно происходить “угасание ” не менее (85-95)% приходящего к зеркальной отражающей плоскости потока света вследствие иной ориентации осей электромагнитного поля. Ho этого, как известно, не происходит.

Согласно гипотезе эфирной природы электромагнетизма, явление поляризации света объясняется изменением ориентации эфитонов световой волны под воздействием эфирного поля вещества.

В частности, явление поляризации света при отражении и преломлении на границе раздела изотропных прозрачных диэлектриков объясняется следующим образом. При приближении на достаточно близкое расстояние эфитонов световой волны к эфирному полю вещества, по: следнее своим электромагнитным воздействием изменяет ориентацию эфитонов в отраженной световой волне таким образом, чтобы направления их электрических и магнитных составляющих соответствовали подобным направлениям эфитонов поля вещества.

При произвольном угле падения световой волны, как правило, отраженная волна является частично поляризованной волной, т.е. не все

эфитоны в отраженной волне принимают строго определенную ориентацию. Однако отраженный свет будет полностью линейно поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, если тангенс угла падения равен относительному коэффициенту преломления среды пг1, от границы которой происходит отражение (рис. 4.6.1). Такой угол называется углом Брюстера. При угле Брюстера i6p отраженная и преломленная световые волны взаимно перпендикулярны. А так как в момент образования данных волн ориентация векторов напряженностей электрического E и магнитного H полей у них совпадали, то при распространении волн их вектора EnH остаются параллельными друг Другу.

Закон Брюстера справедлив при отражении от диэлектрика и неприменим к отражению от металлов. При угле Брюстера коэффициент отражения значительно меньше единицы (для стекла Koip = 0,15), а проходящий свет поляризован лишь частично. С целью повышения степени поляризации проходящего света, его подвергают ряду последовательных отражений и преломлений.

При прохождении линейно поляризованного света через так называемые оптически активные вещества, плоскость поляризации поворачивается вокруг луча. Оптически активными веществами являются некоторые кристаллы (кварц, киноварь и др.), чистые жидкости и растворы (скипидар, раствор сахара в вод$ и др.). В оптически активных веществах угол поворота ф плоскости поляризации света пропорционален толщине I слоя вещества, через который проходит свет: ф = al. Коэффициент пропорциональности а называется постоянной вращения, величина которой зависит от природы вещества, температуры и длины волны света.

Почему оптически активные вещества поворачивают плоскость поляризации вокруг луча? Представляется, что у оптически активных веществ межатомное эфирное поле должно иметь определенную ориентацию эфитонов по электрической составляющей. И хотя у него вектор напряженности электрического поля E меньше, чем подобный вектор у проходящего через вещество линейно поляризованного света, но в результате их сложения плоскость поляризации поворачивается вокруг луча. Поэтому по мере прохождения световой волны через вещество происходит вращение ее плоскости поляризации.

В 1845 г. М. Фарадей экспериментально установил, что оптически неактивные вещества (стекло, вода, бензин, спирт этиловый и др.) под действием магнитного поля приобретают способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль поля. Данное явление было названо магнитным вращением плоскости поляризации (эффектом Фарадея). Оно явилось первым указанием-на существова-. ние связи между оптикой и электромагнетизмом.

Угол поворота ф плоскости поляризации пропорционален длине пути света в веществе и напряженности H магнитного поля: ф = vHl.

Согласно существующим научным представлениям, эффект Фарадея обусловлен тем, что магнитное поле “изменяет различным образом ранее одинаковые скорости распространения в веществе лучей, поляризованных по кругу во взаимно противоположных направлениях» [56, с.284].

С позиции эфирной природы электромагнетизма эффект Фарадея объясняется свойствами межатомного эфирного поля у оптически неактивных веществ. Представляется, что у таких веществ ориентация эфитонов в межатомном эфирном поле энергетически слабая. Поэтому они не оказывают заметного воздействия на ориентацию энергетически сильной плоско поляризованной световой волны, распространяющейся по веществу. При наложении на оптически неактивное вещество внешнего магнитного поля происходит упорядочение ориентации эфитонов межатомного эфирного поля по вектору Н, а по вектору E часть эфитонов будет ориентирована в одном направлении, а другая часть — в противоположном направлении. Так оптически неактивное вещество под воздействием внешнего магнитного поля превращается в оптически активное вещество, для которого направление магнитного вращения плоскости поляризации одинаково как при распространении света по направлению вектора Н, так и в обратную сторону.

Дж. Максвелл был сторонником эфирной природы электромагнетизма. Исследуя действие магнитного поля на поляризованный свет, Дж. Максвелл приходит к заключению, «что в среде, находящейся под действием магнитной силы, одну часть явления составляет нечто относящееся к тому же математическому классу величин, что и угловая скорость, ось которой находится в направлении магнитной силы. Эта угловая скорость не может быть скоростью какой-либо части среды заметных размеров, вращающейся как целое. Мы должны рассматривать вращение как вращение очень малых частиц среды, причем каждая вращается около своей собственной оси» (7, с.591). И эти нечто, эти очень малые частицы среды, вращающиеся около собственной оси, представляют собой энергоатомы эфира — эфитоны. Они определяют природу света и явление поляризации.