26 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое поляризованный свет

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса

Рассмотрим физическую характеристику оптического излучения — поляризацию света, описывающую поперечную анизотропию световых волн, т.е. неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Понятие «поляризация света» введено в оптику И. Ньютоном в 1704—1706 гг. Для описания закономерностей поляризации будем рассматривать только световой вектор — вектор напряженности Е электрического поля.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества независимо излучающих атомов. В этом случае ориентации вектора Е будут равновероятны. Такой свет называется естественным (рис. 24.6, а).

Поляризованный свет — это свет, в котором направления колебания вектора Е каким-либо образом упорядочены.

Частично поляризованный свет — это свет с преимущественным направлением колебаний вектора Е (рис. 24.6, б).

Рис. 24.6. Колебания светового вектора:

а — в неполяризованном свете; б — в частично поляризованном свете; в — в пло- скополяризованном свете

Плоскополяризованный (линейно поляризованный) свет — свет, в котором вектор Е колеблется только в одной плоскости, проходящей через луч (рис. 24.6, в, 24.7, а, б). Плоскостью поляризации называется плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

Если конец вектора Е с течением времени описывает в плоскости, перпендикулярной лучу, окружность или

Рис. 24.7. Виды плоскополяризованного света: а, б — соответственно вертикально и горизонтально поляризованный; в — эллиптически поляризованный

эллипс, то свет называется эллиптически или циркулярно поляризованным (рис. 24.7, в).

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя поляризатор — прибор, который пропускает колебания вектора Е, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора, и задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

В оптике поляризатор также может быть использован как анализатор для анализа характера поляризации света: поляризован ли свет, и если да, то в какой плоскости. Главная плоскость поляризатора (или анализатора) — это плоскость поляризации света, пропускаемого поляризатором или анализатором.

Для выделения или подавления некоторого заданного участка спектра широкополосного оптического излучения используются светофильтры (частотные оптические фильтры) — устройства, меняющие спектральный состав и энергию падающего на него оптического излучения. Светофильтры разделяются на интерференционные, поляризационные, дисперсионные и др. В интерференционных фильтрах используется интерференция волн, отраженных от двух или более параллельных друг другу поверхностей. Коэффициент пропускания такого оптического фильтра периодически зависит от длины волны падающего на него излучения. Действие поляризационных фильтров основано на интерференции лучей, плоскополя- ризованных в одной плоскости. Отметим, что когерентные лучи, плоско- поляризованные в разных плоскостях, не интерферируют. Простейший поляризационный фильтр Вуда состоит из двух параллельных поляризаторов и установленной между ними двулучепреломляющей кристаллической пластинки (см. подтему 24.4). В дисперсионных светофильтрах используется зависимость показателя преломления от длины волны.

Закон Малюса. Пропустим естественный свет с интенсивностью /сст через поляризатор Тх. У неполяризованного света световой вектор ориентирован произвольно. Поэтому колебание с амплитудой А, совершающееся в плоскости, ориентированной под углом ср к главной плоскости поляризатора, можно разложить на два колебания с амплитудами A =/4cos(p и ^± = ^sinq) (рис. 24.8). Следовательно, интенсивность прошедшей волны определяется как

Рис. 24.8. Вертикальный поляризатор пропускает только вертикальную составляющую падающей на него волны

где /ест — интенсивность падающего естественного света; ср — угол между плоскостью поляризатора и плоскостью колебаний падающей волны.

В естественном свете все значения ср равновероятны. Поэтому доля

света, прошедшего через поляризатор, будет равна (cos 2 cp), т.е. 1/2 . Тогда интенсивность света, прошедшего через поляризатор Ту, вычисляется по формуле / =/ест/2.

Поставим на пути плоскополяризованного света под углом ф к поляризатору Г, анализатор Т2 (рис. 24.9). Интенсивность / света, прошедшего через анализатор, меняется в зависимости от угла ф по закону Малюса (1810):

Читать еще:  Болезни вен страница 3

где / — интенсивность падающего на анализатор света. Поэтому согласно уравнению (24.4) интенсивность света, прошедшего через два поляризатора Т< и Т2 :

Рис. 24.9. Схема, иллюстрирующая прохождение неполяризованного света через два

Когда главные плоскости поляризаторов параллельны, выполняется условие /тах = /ест/2, а когда они скрещены — /min = 0 и свет не проходит. Степенью поляризации называется величина Р:

где /тах и /min — соответственно максимальная и минимальная интенсивности света, прошедшего через поляризатор.

Для естественного света /тах = /min и Р = 0, для плоскополяризован- ного /min = 0 и Р = 1.

Поляризация света применяется в различных областях техники при создании светофильтров, для плавной регулировки интенсивности светового пучка, создания модуляторов излучения и т.д. Например, светофильтры используются в одном из важных методов практической астрофизики — фотоэлектрическом методе, когда изучается распределение энергии в отдельных спектральных линиях. Фотоэлектрические измерения в оптической области спектра (X = 0,3—1,1 мкм) выполнены примерно для тысячи звезд с целью изучения их физических свойств. Заметим, что в отличие от физика-экспериментатора астрофизик при проведении исследований является наблюдателем и не влияет на ход изучаемого им процесса. Именно с помощью широкополосных светофильтров при использовании фотоэлектрических приемников излучения выполняется измерение блеска звезд, звездных скоплений, галактик и квазаров.

Что такое поляризация света, кто придумал и как получить поляризованный свет

В современном мире любое применение должно обосновываться экономической эффективностью, удобством, простотой. Поляризация света все чаще встречается в жизни человека. На ее основе работает большинство приборов и устройств.

Что такое поляризация света

Термин поляризации дает оценку поперечных волн. Представляет состояние вектора колеблющейся величины в плоскости, поперечной направленности распространения волны.

Если тенденции колебаний светового вектора упорядочены, то освещение именуется поляризованным.

Колебания одинаковой частоты электромагнитных излучений могут иметь поляризирование:

  • Линейную. Она перпендикулярно направлена распространению волны.
  • Круговую. В связи с тенденцией верчения вектора индукции, поляризация правая либо левая.
  • Эллиптическую. Возникает в промежутке с круговой и линейной поляризациями.

Кто открыл явление и что оно доказывает

В первый раз эксперименты согласно поляризации света поставлены в 1690 г Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча.

Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.

В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность прошедшего луча, изменяется от альфа угла между осями по закону Малюса и выражается:

Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.

Откуда берется

Световой поток, который попадает в наше окружение, в основном неполяризован. Излучение от солнца, лампочек – свет, где вектор колеблется в разных направлениях. Если работа за компьютером и монитор жидкокристаллический, то в нем поляризованный источник.

Чтобы видеть поляризованный свет, надо естественный поток пропустить через анизотропную сферу. Она и есть поляризатор, который отрезает ненужные направления колебаний, сохраняя одно.

В числе поляризаторов применяются кристаллы. Одним из природных, часто применяемых – турмалин.

Читать еще:  Факторы способствующие возникновению патологии

Еще методом извлечения поляризованного потока излучения является отражение с диэлектрика. Если луч опускается в рубеж области 2-ух сфер, поток делится на отображенный и надломленный. Лучи получаются отчасти поляризованными, при этом степень поляризации находится в зависимости от угла падения.

Как получить

Таким образом получить поляризование светового потока можно тремя способами:

  1. Отражением от диэлектриков. Где степень зависит от угла падения и степени преломления.
  2. Пропустить поток сияния через анизотропную среду. Луч, направленный на толстый кристалл, получит параллельное разъединение на выходе.
  3. Поляризатор (призма Николя).

Рекомендуем посмотреть видео на тему «Закон Малюса».

Практическое применение явления поляризации света

Поляризование света интересно не только с научной точки зрения. Она нашла широкое применение на практике. Примеры применения:

  • 3Д кинематография;
  • очки от солнца с поляризацией – защищают глаза от отблесков солнца от воды и света фар встречных авто;
  • фототехника – фильтры поляризационные;
  • поляроиды применяются в геофизике при изучении свойств облака, при фотографировании затуманенных мест;
  • поляриметры применимы в медицине при определении концентрации сахара в крови, при этом используется угол поворота плоскости поляризации.

В заключение

Поляризация света — природное явление не очень сложное для понимания человеком. Поэтому она находит широкое применение в человеческой деятельности.

Интересные факты? Оставьте комментарий, поделитесь статьей с друзьями в соцсетях.

Поляризованный свет

По способу распространения свет может быть естественным и поляризованным.

Естественным называется свет, который удовлетворяет трем условиям:

1) В каждый данный момент времени направления колебаний в разных точках луча различны;

2) В каждой данной точке луча направления колебаний в разные моменты времени различны;

3) Амплитуды колебаний, направленных в разные стороны в естественном луче, в среднем равны.

Естественным считается свет, который исходит от солнца и других раскаленных тел (рис. 13, а).

Поляризованным называется свет, амплитуды колебаний которого по разным направлениям различны. В кристаллооптике используетсялинейно поляризованныйсвет, в котором все колебания совершаются в одном направлении, тогда как по другим направлениям они равны нулю (рис. 13,б).

Степень поляризации может быть различной и, если свет не полностью поляризован, то говорят очастично поляризованномсвете. Частично поляризованным (в той или иной степени) свет становится при прохождении через любую среду, отличную от воздуха (стекло, воду, кристаллы и др.), а также при отражении от этой среды. Степень поляризации выражается в процентах и очень зависит от вещества (его внутренне структуры), через которое проходит и от которого отражается свет. Также сильно степень поляризации зависит от угла падения. При изменении угла падения степень поляризации изменяется. Существует некоторый угол падения (П), при котором свет становится полностью поляризованным. Этот угол называетсяуглом поляризации. Существует зависимость угла поляризации от показателя преломления средыtg П = n. Это соотношение отвечает условию, когда отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (рис. 14). Это видно из следующей формулы:n = tgП * , которая является математическим выражениемзакона Брюстера.

Далее n = (закон преломления). Отсюдаsin r = cosП, т. е.П + r= 90º. Для стекол, у которыхn= 1,5, угол поляризации (П) равен 56º. На этом свойстве света были основаны первые простейшие устройства для поляризации света –поляризаторы. Например, простейшим поляризатором служил кристалл турмалина или стеклянная стопа (с тонкими прослойками воздуха между пластинками), через которую пропускали свет (поляризованным оказывался преломленный луч), или зеркало из черного стекла, которое ставили под углом поляризации к падающему на него свету (поляризованным оказывался отраженный луч). Для таких приборов требуется очень сильное освещение, т. к. вследствие многократного отражения теряется значительная часть света. Поэтому в настоящее время эти устройства не применяются.

В изотропной среде полной поляризации для преломленного луча нельзя добиться ни при каких условиях. Здесь преломленный луч может быть только максимально поляризованным при угле падения, равном углу поляризации (П), но это будет далеко не стопроцентная поляризация.

Читать еще:  Варикоз к какому врачу

В анизотропных средах (во всех кристаллах низших и средних сингоний) происходит полная поляризация света. Однако такие кристаллы обладают двупреломлением. При этом, как мы уже говорили, световой луч, при прохождении через кристаллическое вещество, распадается на два луча (обыкновенный и необыкновенный), которые проходят через кристалл с различной скоростью. Но обе эти волны будут полностью поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. На этом свойстве основаны современные поляризаторы.

Поляризованный свет

По способу распространения свет может быть естественным и поляризованным.

Естественным называется свет, который удовлетворяет трем условиям:

1) В каждый данный момент времени направления колебаний в разных точках луча различны;

2) В каждой данной точке луча направления колебаний в разные моменты времени различны;

3) Амплитуды колебаний, направленных в разные стороны в естественном луче, в среднем равны.

Естественным считается свет, который исходит от солнца и других раскаленных тел (рис. 13, а).

Поляризованным называется свет, амплитуды колебаний которого по разным направлениям различны. В кристаллооптике используетсялинейно поляризованныйсвет, в котором все колебания совершаются в одном направлении, тогда как по другим направлениям они равны нулю (рис. 13,б).

Степень поляризации может быть различной и, если свет не полностью поляризован, то говорят очастично поляризованномсвете. Частично поляризованным (в той или иной степени) свет становится при прохождении через любую среду, отличную от воздуха (стекло, воду, кристаллы и др.), а также при отражении от этой среды. Степень поляризации выражается в процентах и очень зависит от вещества (его внутренне структуры), через которое проходит и от которого отражается свет. Также сильно степень поляризации зависит от угла падения. При изменении угла падения степень поляризации изменяется. Существует некоторый угол падения (П), при котором свет становится полностью поляризованным. Этот угол называетсяуглом поляризации. Существует зависимость угла поляризации от показателя преломления средыtg П = n. Это соотношение отвечает условию, когда отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (рис. 14). Это видно из следующей формулы:n = tgП * , которая является математическим выражениемзакона Брюстера.

Далее n = (закон преломления). Отсюдаsin r = cosП, т. е.П + r= 90º. Для стекол, у которыхn= 1,5, угол поляризации (П) равен 56º. На этом свойстве света были основаны первые простейшие устройства для поляризации света –поляризаторы. Например, простейшим поляризатором служил кристалл турмалина или стеклянная стопа (с тонкими прослойками воздуха между пластинками), через которую пропускали свет (поляризованным оказывался преломленный луч), или зеркало из черного стекла, которое ставили под углом поляризации к падающему на него свету (поляризованным оказывался отраженный луч). Для таких приборов требуется очень сильное освещение, т. к. вследствие многократного отражения теряется значительная часть света. Поэтому в настоящее время эти устройства не применяются.

В изотропной среде полной поляризации для преломленного луча нельзя добиться ни при каких условиях. Здесь преломленный луч может быть только максимально поляризованным при угле падения, равном углу поляризации (П), но это будет далеко не стопроцентная поляризация.

В анизотропных средах (во всех кристаллах низших и средних сингоний) происходит полная поляризация света. Однако такие кристаллы обладают двупреломлением. При этом, как мы уже говорили, световой луч, при прохождении через кристаллическое вещество, распадается на два луча (обыкновенный и необыкновенный), которые проходят через кристалл с различной скоростью. Но обе эти волны будут полностью поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. На этом свойстве основаны современные поляризаторы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector