Поляризація світла » mozok.click
 

mozok.click » Фізика » Поляризація світла
Інформація про новину
  • Переглядів: 656
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 22:25
12-02-2018, 22:25

Поляризація світла

Категорія: Фізика

Природне і поляризоване світло. Дослідимо ще одну властивість світлових хвиль - їх поляризацію. Із дослідів Герца (§ 47) встановлено, що електромагнітні хвилі поперечні. Коливання зарядів у передавальній антені відбуваються вздовж її осі. Внаслідок чого в електромагнітній хвилі вектор напруженості електричного поля розташовано у тій же площині, що й вісь антени, а вектор індукції магнітного поля - у перпендикулярній площині.

Напрямок векторів Е і В залишається незмінним протягом усього часу поширення хвилі.

Хвилю, вектори Е і В якої у процесі її поширення здійснюють коливання в певних площинах, називають плоскополяризованою.

Світло - також електромагнітна хвиля, тому можна очікувати на поляризацію і світлової хвилі. Враховуючи те, що у взаємодії світлової хвилі з речовиною вирішальну роль відіграє вектор напруженості електричного поля, а також для спрощення зображення світлової хвилі на малюнках надалі ми будемо говорити про коливання лише вектора напруженості.



Оскільки світло випромінюють атоми, кількість яких у речовині величезна, то зрозуміло, що таке світло не буде поляризованим (коливання вектора Е здійснюються у всіх можливих напрямках у площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі). Проте, бувають випадки, коли світлова хвиля є поляризованою (чи частково поляризованою).

Поляризація світла - стан світлової хвилі, в якому певні напрямки коливань електричного вектора Е переважають над іншими.

Методи отримання поляризованого світла. Метод поляризації природного світла можна зрозуміти з такого досліду (мал. 230). Поставимо на шляху неполяризованої хвилі пластину із паралельними щілинами. З коливань різних напрямів пластина виділить коливання в одній певній площині - хвиля стане поляризованою.

Якщо на її шляху поставити ще одну таку саму пластину, але повернуту відносно першої на 90°, то коливання крізь неї не пройдуть. Хвиля повністю погаситься.

Для поляризації світла використовують спеціальні пристрої з асиметрією оптичних властивостей. Зокрема, існують природні і штучні кристали, які мають оптичну анізотропію - неоднорідність оптичних властивостей в різних напрямках. Проходячи крізь такі кристали, світло поляризується.

Поляризатором називають пристрій, який перетворює природне світло в поляризоване.

Аналізатором називають пристрій, яким визначають, поляризована хвиля, що проходить крізь нього, чи ні.

Прикладом поляризатора (аналізатора) може бути природний кристал турмаліну, значення показника заломлення якого в різних напрямках різне. Завдяки цьому він поглинає випромінювання з коливаннями вектора Е одного певного напрямку, а випромінювання з коливаннями в перпендикулярному напрямку майже не поглинає. Цю властивість кристалів називають дихроїзмом.

Підібравши таку товщину турмалінової пластинки, за якої коливання одного напрямку цілком поглинаються в ній, можна отримати повністю поляризований промінь. Якщо пластинка буде тоншою, то в хвилі залишаються коливання у взаємно перпендикулярних напрямках, але амплітуда коливань в одному з них буде більшою, ніж у другому. Таку хвилю називають частково поляризованою.


Різко виражений дихроїзм було виявлено у дуже маленьких кристаликів сульфату йодистого хініну. Під час виготовлення поляризатора целулоїдну плівку покривають тонким шаром таких кристаликів, відповідно зорієнтувавши їх. Зовні цю плівку накривають склом, і дістають поляризатор з великою поверхнею. Такі поляризатори називають поляроїдами. (Поляроїди були винайдені у 1929 р. Едвіном Лендом.) Такий поляроїд діє як набір паралельних щілин, і майже без втрат пропускає світло однієї поляризації.

Поляризація внаслідок відбиття і заломлення світла. Кут Д. Брюстера. Отримати поляризоване світло із неполяризованого можна ще одним способом - відбиванням і заломленням.

Коли світло падає на поверхню прозорої речовини (наприклад води) під довільним кутом, крім прямого, відбитий промінь виявляється певною мірою плоско-поляризованим паралельно відбивній поверхні. Це добре знають рибалки, які використовують полароїдні окуляри, щоб уникнути відблисків води.

Вивчення цього явища показало, що в прозорих речовинах заломлений промінь завжди поляризується тільки частково, а для відбитого променя є один напрямок, в якому він поляризується повністю. На мал. 231 схематично зображено промінь, який падає на межу поділу повітря і рідини під кутом а. У відбитому промені більше коливань, паралельних поверхні поділу (зображено кружечками), а в заломленому промені - перпендикулярних до них коливань (зображено рисочками). Ступінь поляризації цих променів залежить від кута падіння і показника заломлення. Встановлено, що відбитий промінь повністю поляризується тоді, коли кут між відбитим і заломленим променями дорівнює 90°. Позначивши у такому випадку кут падіння схБ, запишемо закон заломлення світла

Співвідношення

називають законом Брюстера, або умовою

повної поляризації.

Використання поляризованого світла. Під час фотографування великих гладеньких поверхонь (наприклад води) з’являються так званні відблиски - дзеркально відбиті світлові пучки, які істотно погіршують якість зображення. Щоб позбутися цих відблисків, на об’єктив фотоапарата надівають спеціальні фільтри. Оскільки відбите світло завжди частково або повністю поляризоване, то повертаючи поляризаційний фільтр, можна встановити таке положення, за якого світло відблисків не потраплятиме в об’єктив фотоапарата.

Встановлено також, що під час проходження плоскополяризованого світла крізь деякі розчини площина його поляризації повертається. Наприклад,

на мал. 232 світло проходить крізь поляризатор, а потім крізь розчин цукру у кюветі. Поляроїд-аналізатор за кюветою, розташований під кутом 90° до поляризатора, повинен був повністю погасити світло, але цього не відбулося. Проте, якщо аналізатор повернути ще на деякий кут ф - світло гаситься. Це означає, що розчин у кюветі повертає на кут ф площину поляризації. Такі речовини називають оптично активними.


 

Оптична активність речовин зумовлена асиметрією молекул, які мають форму спіралі, як, наприклад, молекули деяких білків. Деякі речовини (цукор, декстроза, П-глюкоза) повертають площину поляризації вправо, а деякі речовини (амінокислоти, білки) - вліво.

Кут повороту ф пропорційний концентрації розчину. Тому цю властивість використовують для виготовлення спеціальних пристроїв - цукрометрів, за допомогою яких встановлюють вміст цукру.

Спеціальні поляризаційні окуляри використовують під час перегляду стереофільмів у кінотеатрах.

Отримати зображення у 3D форматі можна і на домашньому комп’ютері за допомогою відповідних екранів. Вивчаючи властивості рідкокристалічних екранів, ми зазначали, що їм притаманна певна властивість, зумовлена самою технологією отримання зображення за їх допомогою, - вони дають поляризоване світло.

Завдяки цьому використовуючи тонкі смужки плівочок-поляризаторів, можна створювати парні та непарні ряди пікселей, що мають різний напрямок поляризації. Лінзи окулярів є поляризаторами, в яких площини поля-

ризації повернуті так, що крізь одну лінзу видно парні ряди, а крізь іншу - непарні. Таким чином створюються зображення, які видно окремо лівим оком і правим оком. Мозок людини співставляє два зображення і «бачить» його об’ємним (мал. 233).

Дайте відповіді на запитання

1. Чим відрізняється поляризоване світло від природного?

2. Як отримують поляризоване світло?

3. У чому суть закону Брюстера?

4. Де на практиці застосовують явище поляризації світла?






^