Закон на Брюстер;
      Закон на Малюс;
      Въртене на равнината на поляризацията;
      Оптични изомери.

      Всяка електромагнитна вълна, в т. ч. и светлинна, има електрично трептене - вектор на интензитета на електричното поле E и магнитно трептене - вектор на магнитната индукция B, взаимноперпендикулярни един на друг и перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната (т.е. на лъча). С други думи, тези вектори лежат в две взаимноперпендикулярни равнини, пресичащи се по лъча.
      Отражението или пречупването на вълната през диелектричен материал е свързано с влиянието само на електричния вектор върху атомите и молекулите на веществото. Влиянието на магнитната съставна е твърде слабо и може да се пренебрегне, затова по-нататък ще разглеждаме явления само с участието на електричните вектори на вълните.
      Обикновено от площта на работещ светоизточник се отделят оггромен брой кванти (фотони) за единица време, излъчени от голямо множество атоми, разпръснати безразборно един спрямо друг, като всеки акт на излъчване от атом трае от 10^-7 до 10^-8s и това продължава докато светоизточникът е активен. Така непрекъснато излъчваните кванти образуват светлинен поток (за целта тук като че ли по-удачно казано - лъч), в който електричните вектори E на електромагнитните вълни сключват произволни ъгли един спрямо друг, т.е. лежат в безброй много равнини, пресичащи се по лъча. Ако мислено си представим как би изглеждала ориентацията на електричните вектори, гледани срещу лъча, те биха сочили всички възможни посоки на 90° спрямо посоката му на разпространение. Такава светлина наричаме неполяризирана или естествена (следващата фигура):

      Ако светлината се отрази в повърхност на диелектрик (стъкло, водна повърхност, лакирани и полирани мебели, лъскави пластмасови предмети) или премине през нея (ако тя е прозрачна), се получава така, че електричните й вектори трептят или само в една равнина - т. нар. пълна, линейна или плоска поляризация, или трептят преобладаващо в една равнина, но е налице трептене с по-малка амплитуда и в останалите посоки, като с най-малка амплитуда е трептенето в перпендикулярната равнина - непълна, частична или елиптична поляризация. Ако е налице трептене във всички направления, но с еднакво намалена амплитуда, имаме кръгова поляризация.

      Равнината, в която трепти електричният вектор на поляризираната светлина се нарича равнина на трептене, а перпендикулярната на нея равнина, в която електричният векторът е частично или напълно погасен - равнина на поляризацията.

      Степента на поляризация на светлината при отражение и пречупване в диелектрици зависи от ъгъла на падане, респ. и на отражение:

      Ако при ъгъл на падане a (респ. на отражение a' = a) отчетем максимална поляризация на отразената светлина (лъчът L'), тогава в максимална степен ще бъде поляризиран и пречупеният в пластинката под ъгъл b лъч L". При това ъгълът g между тези два лъча ще бъде 90°. Това обаче не значи непременно, че лъчът L" в този случай е пълно (линейно) поляризиран - преминалата през повечето диелектрици светлина е само частично поляризирана. Равнината на трептене на отразения лъч е перпендикулярна на равнината на падане (т.е. на тази, в която лежат лъчите L и L'), а равнината на трептене на преминалата светлина (лъчът L") съвпада с равнината на падане и отражение. Така двата лъча L' и L" се оказват поляризирани в две взаимноперпендикулярни направления.
      В случая на максимална поляризация на лъчите L' и L" (при ъгъл g = 90°) има връзка между ъгъла на падане a (респ. и на отражение a') и показателят на пречупване n на диелектрика, от който е изготвена пластинката. Тъй като

      то

      известно като закон на Брюстер (Дейвид Брюстер, 1781-1868 г.).

      С други думи, необходимо е само с подходящ уред да измерим ъгълът на падане a или на отражение a', когато е налице максимална поляризация на отразената светлина. Тангенсът от този ъгъл (наричан ъгъл на Брюстер) ни дава показателя на пречупване n на диелектрика.

      Почти пълна поляризация на естествената светлина се наблюдава при преминаването й през кристали от калцит, турмалин, хининов хидросулфат и др. От хининовия хидросулфат се изработват т. нар. поляроиди, чрез нанасяне на тънки слоеве от него върху целулоидни подложки. Като поляризиращи елементи в различни оптични прибори (поляриметри, рефрактометри и др.) се използва т. нар. призма на Никол (следващата фигура).

      Ако естествена светлина попадне в поляризираща пластинка, поляризираната след нея светлина може да се погасява или пропуска от втора такава (втория поляроид 2 от фигурата по-долу), като направлението (равнината) на пропускане P-P' на последната се нагласява чрез завъртането й около оптичната ос.

      Когато направленията на пропускане P-P' и на двата поляроида са успоредни (пример a), поляризираната светлина напуска системата. Ако обаче завъртим втория поляроид 2 на 90° (т.е. ако кръстосаме направленията им на пропускане), поляризираната светлина от първия поляроид се погасява напълно от втория (пример b). Изобщо, ако направленията на пропускане на двата поляроида сключват ъгъл a помежду си, то интензитета I на напускащата втория поляроид светлина ще бъде:

известно като закон на Малюс (Етиен Луи Малюс 1775–1812), където I₀ е интензивността на плоско-поляризираната светлина, преминала през първия поляроид (1).

      В подобни системи първия поляроид (1) се нарича поляризатор, а втория (2) - анализатор. На този принцип са конструирани специални прибори - поляриметри (фигурата по-долу), с които в лабораторни условия се изследва оптичната активност на различни вещества, например с цел определяне концентрацията на техните разтвори.

      Оптично активните вещества имат свойството да завъртат равнината на поляризацията (респ. и на трептенето) на преминаваща през тях монохроматична поляризирана светлина на известен ъгъл. Такива свойства имат много органични вещества и разтвори, както и някои кристали. Принципа на действие на тези прибори е показан в следващите две фигури:

      Чрез лампа, светофилтър и кондензорна оптика се получава успореден монохроматичен светлинен сноп, който преминава през поляризиращата пластинка 1 или през призма на Никол, в ролята на поляризатор. Преминалата светлина трепти във вертикалното (в случая) направление на пропускане P-P' на поляризатора и преминава през пластинката 3 от изследваното оптично активно вещество, на която знаем дебелината (или кювета с изследвания разтвор, на която знаем дължината по лъча). Пластинката 3 завърта равнината на трептене на известен ъгъл a спрямо вертикалата (пунктираната линия). Ако направлението на пропускане P-P' на анализатора 2 е също вертикално (пример a), поляризираната светлина в завъртяната от пластинката 3 равнина частично ще се погасява (интензивността й ще е намалена). Ако завъртим анализатора на същия ъгъл a, под който е завъртяна и равнинаа на трептене (пример b), тогава интензивността на светлината след анализатора 2 ще се повиши. С други думи, необходимо е да въртим анализатора докато светлината, преминала през него, стане максимално ярка или докато фотоелемент със свързан към него галванометър отчете най-висока интензивност на изходния светлинен поток.
      Тубусът или микрометричното устройство, чрез който въртим анализатора e снабден със скала за отчитане на ъгъла, под който сме установили максималното пропускане. Това всъщност е ъгълът, на който изследваното вещество завърта равнината на поляризацията.
      За постигане на по-висока точност обаче се работи с анализатор, с направление на пропускане P-P' завъртяно на 90° спрямо равнината на трептене след пластинката 3. Тогава обратно - търси се положението, в което изходния светлинен поток е с най-малка интезивност, т.е. поляризираната светлина е максимално погасена. Визуално и фотометрично това положение се определя с по-голяма точност.

      В много поляриметри, част от поляризираната след поляризатора 1 светлина се пропуска през кварцова пластинка, закриваща една част от целия светлинен поток в прибора. Кварцовата пластинка също завърта равнината на поляризацията. Така в окуляра на прибора (зад анализатора 2) се наблюдават различно осветени области - полусенки при разсъгласуван анализатор, чиято плътност се изравнява при установен ъгъл на анализатора. Този метод е познат като метод на полусенките (следващата фигура).

      Ако пропуснем монохроматична и плоско-поляризирана светлина през разтвор на оптично активно вещество, налят в кювета с дължина по направлението на светлината d, но измерена без дебелината на нейните стени и ако концентрацията на разтвора е C, ъгъла a, под който разтворът ще завърти равнината на поляризацията ще бъде:

      където [a] е константа на веществото за дадена дължина на вълната и при определена температура. Обикновено [a] се дава за дължината на натриевия дублет с l = 589.29 nm.

      Ето ъглите, на които кварцова пластинка с дебелина d=1 mm завърта равнината на поляризацията за различни дължини на вълната l, при температура 20°C:

    l                 [a] кварц-градуси:
760.82 nm       12.70°;
686.72 nm       15.74°;
656.28 nm       17.31°;
589.29 nm       21.72°;
536.99 nm       27.55°;
486.13 nm       32.77°;
434.05 nm       41.93°;
430.77 nm       42.63°.

      Причината, поради която някои вещества завъртат равнината на поляризацията е наличие на асиметрия в техните молекули. Тази асиметрия съществува в природата в два огледално противоположни варианта, наречени оптични изомери или енантиоморфи, въртящи равнината на трептене съответно надясно - дясновъртящи (D-изомери), или наляво - лявовъртящи (L-изомери). Тези посоки се определят, когато наблюдателя гледа срещу изходния светлинен сноп, напускащ анализатора на поляриметъра.

      Вижте също:

Използване на поляризационни филтри във фотографията - демонстрация на ефекти;

Фотометрични величини: интензивност на светоизточник - кандела (cd), светлинен поток - лумен (lm) и осветеност на повърхнина - лукс (lx);

Лазер;

Коефициенти на поглъщане, пропускливост и екстинкция на вещество;

Отразяваща способност на повърхност, закони за отражението и пречупването на светлината;

Дифракция и интерференция на светлината;

Светлина и видим спектър.

Посетете и външният адрес (на руски) http://www.college.ru/physics/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph11/theory.html - Поляризация света.