Екі диэлектрикті бөлетін шекарада шағылғанда және сынғанда электромагниттік сәуленің поляризациялануы. Брюстер заңы

Егер екі диэлектрикті бө летін шекарағ а табиғ и сә уле тү сетін болса, онда оның ішінара шағ ылуы жә не ішінара сынуы орын алады. Шағ ылғ ан жә не сынғ ан сә улелерді анализатордың кө мегімен талдағ анда бұ лардың екеуі де жалпы жағ дайда шала поляризацияланғ ан екендігі анық талғ ан. Шағ ылғ ан сә уледе векторының сә уленің тү су жазық тығ ына перпендикуляр тербелістері басым болады (бұ лар 3 а -суретте нү ктелермен белгіленген), ал сынғ ан сә уледе – тү су жазық тығ ына параллель тербелістер басым болады ( векторының осы тербелістері 3 а -суретте стрелкалармен кескінделген). Сә улелердегі нү ктелер мен стрелкалар санының қ атынасы тиісті бағ ыттардағ ы векторының тербеліс амплитудасының басымдығ ын кө рсетеді. Қ абылданғ ан белгілеулер жү йесінде тү сетін табиғ и сә уледегі нү ктелер мен стрелкалар саны бірдей болатындығ ы тү сінікті.

Тү сетін, шағ ылғ ан жә не сынғ ан сә улелердің ә рқ айсысын векторының тербеліс бағ ыттары ө зара перпендикуляр екі жазық поляризацияланғ ан сә улелердің суперпозициясы ретінде қ арастыруғ а болады (шынында да, векторының кезкелген бағ ыттағ ы тербелісін ә рқ ашан ө зара перпендикуляр екі қ ұ раушығ а жіктеуге болады). векторы сә уленің тү су жазық тығ ында тербеліс жасайтын электромагниттік толқ ын (3 а -суретте осы толқ ын стрелкалармен белгіленген) Е_||-толқ ын немесе р-толқ ын деп, ал векторы сә уленің тү су жазық тығ ына перпендикулыр тербеліс жасайтын электромагниттік толқ ын (3 а -суретте осы толқ ын нү ктелермен белгіленген) Е_^-толқ ын немесе S-толқ ын) деп аталады. Енгізілген терминдерді пайдаланып диэлектриктердің бө лу шекарасында тә жрибеде байқ алатын қ ұ былыстарды былайша сипаттауғ а болады: шағ ылғ ан сә уледе Е_^-толқ ын, ал сынғ ан сә уледе - Е_|| -толқ ын басым келеді. Осы қ ұ былысты алғ аш Малюс ашқ ан. Ол шыныдан шағ ылғ ан жарық сә улесін ө сь етіп анализаторды айналдырғ анда, анализатор арқ ылы ө тетін жарық интенсивтігі периодты тү рде артып жә не тө мендейтіндігін байқ ағ ан.

Диэлектриктердің бө лу шекарасындағ ы электромагниттік сә уленің поляризациялану процесін егжей-тегжейлі зерттеу шағ ылғ ан жә не сынғ ан сә улелердің поляризациялану дә режесі табиғ и сә уленің тү су бұ рышына жә не диэлектриктердің сыну кө рсеткіштерінің қ атынасына (n₂₁=n₂/n₁) тә уелді болатындығ ын кө рсетті. Егер табиғ и жарық сә улесі диэлектриктерді бө лу шекарасына қ айсыбір a=a_Б бұ рышпен тү сетін болса, онда оғ ан сә йкес шағ ылғ ан сә уле енді шала емес, толық поляризацияланғ ан, яғ ни жазық поляризацияланғ ан сә уле (ол тек Е_^-толқ ын болады) болады екен. Ал сынғ ан сә уле, осы жағ дайда, шала поляризацияланғ ан кү йінде қ алады (мұ нда Е_|| -толқ ын басым келеді), бірақ оның поляризациялану дә режесі осы жағ дайда барынша жоғ ары болады. a_Б бұ рышы мына шартты қ анағ аттандырады

. (3)

(3) қ атысын 1815 ж. ағ ылшын физигі Д.Брюстер (1781 – 1868) тапқ ан, ол Брюстер заң ы, ал a_Б – Брюстер бұ рышы деп аталады.

Табиғ и жарық сә улесі диэлектриктерді бө лу шекарасына Брюстер бұ рышымен тү скенде, шағ ылғ ан жә не сынғ ан сә улелердің арасындағ ы бұ рыш 90⁰-қ а тең болатындығ ына оң ай кө з жеткізуге болады (3 б -сурет). Шынында да, Брюстер заң ы мен Снеллиустың сыну заң ын бірге қ арастырып, мынаны табамыз:

жә не .

3 б -суреттен a_Б+b=90⁰ болатындығ ы кө рінеді, сонда (180⁰- a_Б - b)-ғ а тең шағ ылғ ан жә не сынғ ан сә улелер арасындағ ы бұ рыш та 90⁰-қ а тең болады.

Екі диэлектрик шекарасында шағ ылғ ан жә не сынғ ан кезде бақ ыланатын сә уленің поляризациялану дә режесін сә уленің тү су бұ рышына байланысты сандық зерттеу алда (3-де) қ арастырылады. Дегенмен, Брюстер бұ рышымен тү сетін электромагниттік сә уленің тә ртібіндегі ерекшеліктерді кейбір сапалық пайымдауларғ а сү йеніп тү сіндіруге болады.

Диэлектриктерді бө лу шекарасына енді табиғ и жарық сә улесі емес, векторы тү су жазық тығ ында тербеліс жасайтын поляризацияланғ ан сә уле тү седі деп ұ йғ арайық (яғ ни тү сетін сә уле тү гелдей Е_||-толқ ыннан тұ рады). Егер осындай сә уле Брюстер бұ рышымен тү сетін болса, онда сынғ ан сә уле, жоғ арыда кө рсетілгендей, шағ ылғ ан сә улеге перпендикуляр болады. Сынғ ан сә уледегі векторының тербелістері орта атомдарының дипольдық моменттерінің тербелісін қ оздырады. Жә не де дипольдардың сынғ ан сә улеге перпендикуляр тербелістері шағ ылғ ан сә уле бағ ытына параллель болады. Бірақ дипольдық моменттің тербелістері бойымен диполь сә уле шығ армайды (3 в -суретте тү сетін толқ ынның ә рекетінен тербеліс жасайтын дипольдардың сә уле шығ ару бағ ыттылығ ының диаграммасы келтірілген). Демек, шағ ылу заң ымен берілетін бағ ытта ортаның атомдары сә уле шығ армайды. Сондық тан шағ ылғ ан р-толқ ын (Е_|| -толқ ын) пайда бола алмайды. Брюстер заң ын осылай оң ай тү сіндіруге болады.

Брюстер бұ рышымен шағ ылу поляризацияланғ ан сә улені алудың ең қ арапайым амалын береді. Осы амалдың кемістігі – алынатын поляризацияланғ ан сә уле интенсивтігі тү скен сә уле интенсивтігінің 10%-нен кем шаманы қ ұ райды. Аталғ ан кемістікті жою ү шін диэлектрик пластинкалардың қ атталғ ан жиынын (стопа) пайдаланады; бұ лар тү сетін сә улеге Брюстер бұ рышымен орналастырылады. Бө лу шекараларынан кө п қ айтара шағ ылу шағ ылғ ан жазық поляризацияланғ ан сә уленің ү лесін де, ө тетін сынғ ан сә уленің поляризациялану дә режесін де арттырады. Мысалы, спектрдің кө рінетін аймағ ының электромагниттік толқ ындары ү шін 16 шыны (n=1, 5) пластинкаларды (стопаны) қ олдану ө тетін сә улені р=0, 99 поляризациялану дә режесі стопаның жалпы мө лдірлігі 50%-тен артық болғ анда алынады. Қ азіргі кезде поляризацияланғ ан сә улені алу ү шін басқ а жетілдірілген аспаптардың болуы себепті стопа іс жү зінде қ олданылмайды.