Поговорим теперь о поляризованном свете, благодаря которому оптические наблюдения становятся еще более занимательными. Каким же образом можно получить свет, в котором электрическое поле колеблется только вдоль одного направления, перпендикулярного лучу? Приведем примеры способов и устройств, применяемых для получения поляризованного света. В частности, рассеянный свет голубого неба при невысоком Солнце довольно сильно поляризован. Это нетрудно понять. Если Солнце невысоко над горизонтом, а мы смотрим в зенит, то луч Солнца и рассеянный луч составляют примерно прямой угол. В зените неполяризо-ванный солнечный луч возбуждает вторичные колебания Е по всем направлениям в плоскости, перпендикулярной солнечному лучу, но параллельной рассеянному лучу. А к наблюдателю приходит только один луч, который должен выбрать в этой плоскости только одно направление поляризации. Благодаря поперечности света это направление должно быть перпендикулярно рассеянному лучу.

Другим естественным источником поляризованного света является луч, отраженный от стеклянной пластинки или водной поверхности и составляющий с преломленным лучом угол 90°. Если падающий луч не поляризован и имеет векторы Е, перпендикулярные (кружки) и параллельные (черточки) плоскости падения (плоскость рисунка), то источники вторичных волн создают преломленный луч, который также не поляризован. В этих источниках диполи колеблются вдоль двух направлений, совпадающих с двумя поляризациями преломленного луча. Если же угол падения 60 подобран так, что отраженный луч перпендикулярен преломленному, то отражение может быть вызвано только колебаниями зарядов по направлению, обозначенному кружком. Ведь диполи не излучают свет вдоль направления колебаний! Для стекла угол 60 составляет примерно 60°, а для воды — 53°. Фактически мы получаем в руки простейший поляризатор — прибор, отбирающий линейно поляризованный свет. Когда мы наблюдаем зенит помощью зеркала, на которое рассеянный луч падает под углом 60«60°, небо в зеркале кажется темным, если мы стоим боком к Солнцу. В случае, когда мы стоим лицом к Солнцу, изображение неб в зеркале светлеет.

Поляризаторы лучше всего делать из твердых кристаллов, используя знание законов, по которым свет проходит через кристалл. Вспомним теперь, что многие кристаллы обладают оптической осью. Молекулы как Ш неодинаково поляризуются электрическим полем вдоль оптической оси и поперек нее. Скажем, вдоль оси заряды колеблются под действием поля гораздо сильнее, чем поперек оси. Это приведет к тому, что преломленные лучи, поляризованные вдоль оптической оси и перпендикулярно к ней, будут по-разному проходить через кристалл. Эта разница связана с тем, что вторичные волны интерферируют между собой в строгом соответствии с их поляризацией. Свет в зависимости от поляризации имеет различную скорость распространения, а соответствующие лучи имеют различные показатели преломления. Используя это обстоятельство, можно сконструировать такую оптическую систему, в которой один из лучей отводится куда-нибудь в сторону, в то время как второй проходит сквозь систему, оставаясь линейно поляризованным. Бывает и так, что свет, поляризованный вдоль оси кристалла, проходит через него свободно, а свет, поляризованный перпендикулярно оси, сильно поглощается. Пластинка такого кристалла также пропускает сквозь себя только линейно поляризованный свет. Классическим примером в последнем случае служит турмалин, а более современными материалами являются так называемые поляроидные пленки.

С помощью поляризатора можно видеть удивительные вещи. Мы уже говорили о том, что свет, отраженный от водной глади под углом 53° к вертикали, оказывается поляризованным параллельно поверхности воды. Если под этим углом смотреть на воду сквозь поляризатор, ось которого перпендикулярна поверхности, то отраженный свет не пройдет сквозь поляризатор. В этом случае сквозь поляризатор проходит только свет, рассеянный в глубине воды и отраженный от дна, потому что он имеет любую поляризацию. Исключая таким образом поверхностные отражения, можно разглядеть дно луж так, как если бы их не было, усилить цвета влажных камней и водорослей, увидеть волнующееся море бушующим, потому что лишь пена сохранит свою яркость, а при спокойной воде наблюдать чудесное синее сияние света, рассеянного в глубине. В практическом отношении роль поляризаторов исключительно важна в различных технических оптических устройствах, о которых мы расскажем дальше.