Меню

Поляризация света способы получения поляризованного света



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.

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.

Источник

Способы получения поляризованного света.

1. Призма Николя . Она изготовлена из кристалла исландского шпата. Распил делается по плоскости, соединяющей тупые углы и склеивается канадским бальзамом (n=1,66). При падении светового луча на грань призмы, необыкновенный луч падает на плоскость склейки под меньшим углом, чем предельный угол падения для канадского бальзама, и проходит, практически не изменяя направления. Обыкновенный луч падает под большим углом, испытывает полное внутреннее отражение от плоскости склейки и поглощается зачерненной стенкой призмы.

Читайте также:  Полезный свет для растений

Призма Николя дает полностью поляризованный и неокрашенный свет, но является сравнительно дорогим устройством.

2. Для получения поляризованного света используют также поляроиды (поляризационные светофильтры). Существуют кристаллы, например турмалин, которые обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентировки плоскости колебаний световой волны относительно главной плоскости кристалла. В таком кристалле обыкновенные лучи почти полностью поглощаются, а необыкновенные проходят насквозь. Поляроиды представляют собой прозрачную пленку, на которую нанесены кристаллы дихроичного вещества, например герапатита (сернокислого иодхинина). В процессе изготовления пленки, кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с колебаниями в одной определенной плоскости.

Недостатком поляроидов является то, что они дают не полностью поляризованный и частично окрашенный свет, но сравнительно дешевы.

Плоская поляризация света, особенно частичная, весьма распространенное явление, однако глаз не отличает поляризованный свет от естественного. Поэтому все наблюдения поляризации света или связанных с ней явлений производятся только с помощью специальных приборов.

Система поляризатор — анализатор .

Если плоскости колебаний поляризатора и анализатора совпадают, то свет полностью проходит через систему.

Если плоскости перпендикулярны — свет полностью не проходит.

Если плоскости расположены под некоторым углом друг к другу, то свет проходит частично.

Эта зависимость определяется законом Малюса:

Сила света, прошедшего через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостями колебаний анализатора и поляризатора.

J — интенсивность света , падающего на анализатор

J — интенсивность света , прошедшего через анализатор

a — угол между плоскостями колебаний анализатора и поляризатора.

Растворы многих органических веществ (сахара, кислоты, алкалоиды и др.), а также некоторые чистые жидкости обладают свойством вращать плоскость колебаний поляризованного света. Такие вещества называют оптически активными

Поляризацию света можно получить при прохождении естественного света через кристалл исландского шпата. При падении естественного света на такой кристалл, имеет место явление двойного лучепреломления, которое заключается в разделении света на два световых пучка, идущих по несколько отличным направлениям. Один из них называется обыкновенным, а другой — необыкновенным.

В направлении оптической оси двойного лучепреломления не наблюдается.

Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей:

1. Обыкновенный луч подчиняется законам преломления естественного света .

2. Для него показатель преломления есть величина постоянная (n=1,48).

3. Показатель преломления необыкновенного луча меняется в зависимости от его направления (nн=1,48 — 1,66).

4. Обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Отклонение необыкновенного луча происходит при нормальном падении света на грань кристалла. Двойное лучепреломление происходит только в анизотропных средах. Анизотропными называются среды или вещества, свойства которых различны в различных направлениях. Двойное лучепреломление вызвано неодинаковой скоростью распространения световых волн в различных направлениях. В точке падения естественного света, образуется две световых волны. Одна распространяется в кристалле во всех направлениях с одинаковой скоростью — это обыкновенный луч (фронт волны сферической). В другой — скорость по направлению оптической оси кристалла одинакова со скоростью в первой волне, а по направлению, перпендикулярному оптической оси, — больше. Это необыкновенный луч (фронт волны имеет эллипсоидальную форму).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Читайте также:  При нажатии газа мерцает свет

Источник

Степень поляризации света

Получите помощь лучших авторов по вашей теме

Поляризация света — понятие, определение

Поляризация — это явление направленного колебания векторов напряженности в электромагнитной волне. Возникает только в поперечных волнах.

Поляризация возникает при распространении волн в анизотропных средах (кристаллах), при отражении и преломлении волн на границе раздела сред. Явление было открыто Христианом Гюйгенсом в 1678 году, термин введен французским ученым Этьеном Луи Малюсом в 1808 году.

В начале XIX столетия утверждение, что свет — это электромагнитная волна, а не упругое возмущение эфира, казалось нелепым, но позже было доказано, что свет — это гармонические колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве.

Электромагнитные волны почти всегда обладают свойствами поперечных волн, поскольку вектора напряженности в них колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Продольными электромагнитные волны бывают только в сильно диспергирующих средах.

Свет от естественных источников обычно не поляризован: он является смесью пакетов волн со всевозможными направлениями поляризации, и потому через поляризатор, независимо от угла его поворота, всегда проходит примерно одинаковое количество лучей. А вот излучение лазера, как правило, линейно поляризовано, даже если это маленькая лазерная указка.

Поляризация бывает круговой, эллиптической и линейной — в зависимости от формы кривой, вычерчиваемой концом вектора амплитуды. Если направление вектора \(\overrightarrow Е\) неизменно, волна называется линейно поляризованной, а линия, вдоль которой он колеблется, — направлением поляризации. Плоскость, в которой кроме вектора \(\overrightarrow Е\) лежит еще вектор скорости волны, называется плоскостью поляризации.

Если же направление вектора \(\overrightarrow Е\) изменяется, и он вращается вокруг вектора скорости волны, то поляризация называется круговой. В данном случае проекциями вектора \(\overrightarrow Е\) на две взаимно перпендикулярные оси будут самостоятельные гармонические волны: одна из них отстает от другой на четверть длины волны.

Можно сказать, что круговая поляризация — результат сложения двух линейно поляризованных волн. Если же складываются две волны круговой поляризации, у которых векторы \(\overrightarrow Е\) вращаются в противоположных направлениях, получается линейно поляризованная волна.

В самом общем случае вектор \(\overrightarrow Е\) при вращении периодически изменяет свою длину. Такая поляризация называется эллиптической, круговая и линейная поляризация — ее частные случаи. Круговая или эллиптическая поляризация может быть правой или левой, что определяется направлением вращения вектора.

Чтобы описать поляризацию волны, компоненты вектора напряженности выражают с помощью параметров Стокса, интерпретируя их, как координаты точек, расположенных на сфере, называемой сферой Пуанкаре.

Как получить поляризованный свет

В 1808 году французский физик Этьен Луи Малюс случайно посмотрел на отражение заходящего солнца в окне Люксембургского дворца через пластинку исландского шпата, которую постоянно носил с собой. Яркость света при повороте пластинки изменялась. Проделав той же ночью опыты с отражением света от стекла и поверхности воды, он убедился, что отраженный свет действительно гасится, проходя через кристалл.

Малюс сделал вывод, что корпускулы света, как и магнит, имеют полюса, а наблюдаемое явление назвал поляризацией. Он обнаружил также, что лучи, прошедшие через кристалл исландского шпата, полностью поляризованы, а следовательно, полностью гасятся поворотом анализатора — второй пластинки исландского шпата, через которую ведется наблюдение.

Через некоторое время, исследуя проявления поляризации, Огюстен Френель понял, что их можно объяснить, только приняв предположение о поперечном характере световых волн. Теоретические рассуждения о том, как волны огибают препятствия, Френель заменил доказательством интерференции вторичных волн.

Интерференция света — это перераспределение интенсивности световых волн, происходящее благодаря их наложению друг на друга.

Приборы для получения поляризованного света называют поляризаторами, но если с помощью такого прибора измеряются физические параметры исследуемого света, то тот же самый прибор будет называться анализатором.

В первое время проведение экспериментов по изучению поляризации было связано с большими сложностями. Для подобных исследований прежде всего необходим анализатор, т. е. поляризатор, который выделяет свет с определенной поляризацией.

Читайте также:  Акцент предохранитель лампы ближнего света

Вначале анализатором служил кристалл исландского шпата, но он давал два пучка одновременно. Поэтому приходилось или ограничиваться изучением тонких пучков, чтобы по-разному поляризованные лучи не накладывались друг на друга, или искать кристаллы большого размера и превосходного качества, без дефектов.

Позже выяснилось, что поляризованный в одном направлении свет можно получить при отражении под определенным углом, названным углом Брюстера. Это позволило работать с широкими световыми пучками, но при исследовании их поляризации путем поворота анализатора, отраженный луч смещался.

В 1816 году французский физик Жан Батист Био обнаружил, что кристалл турмалина обладает двойным лучепреломлением, но обыкновенный луч в нем поглощается гораздо сильнее, чем необыкновенный. Для выделения луча с определенной поляризацией сегодня широко применяют поляроиды — прозрачные тонкие пленки, которым присуще аналогичное свойство.

Самый известный анализатор изобрел в 1828 году шотландец Уильям Николь. Призма Николя изготовляется из распиленного и снова склеенного кристалла исландского шпата. Обыкновенный луч отражается от распила и отводится в сторону, остается только необыкновенный.

Что такое степень поляризации света, от чего она зависит

В 1811 году француз Доминик Франсуа Араго обнаружил отличия в оптической активности разных веществ — способности изменять направление поляризации света, прошедшего через кристалл. В 1815 году шотландец Дэвид Брюстер установил, что тангенс угла полной поляризации, известного теперь, как угол Брюстера, равен показателю преломления вещества, тем самым выведя формулу для подсчета этого угла.

Луч, отраженный под углом Брюстера, полностью поляризован и всегда расположен под углом 90 градусов к преломленному лучу. Каждая точка поверхности, куда попадает волна, становится вторичным источником лучей — она провоцирует совместные осцилляции дипольных моментов в диэлектрике на молекулярном уровне. Новые волны, попадая в свободное пространство, при движении вперед создают отраженную и преломленную волну.

Под другим углом граница раздела сред не может отразить 100% света, часть его входит в состав преломленного луча, так что полная поляризация недостижима. Чтобы вычислить степень частичной поляризации, нужно воспользоваться выражением:

\(I_\) и \(I_\) здесь — максимальная и минимальная интенсивность. Если свет естественный, они равны, и степень поляризации равна нулю.

Для эллиптически поляризованных лучей света понятие степени поляризации не применимо. Она всегда будет равна единице, так как колебания этих лучей полностью упорядочены. Если \(I_\) равна нулю, то степень поляризации будет также равна единице, а поляризатор называется идеальным. Свет при этом будет называться плоскополяризованным.

Закон Малюса

В 1810 году Малюс установил закон: интенсивность луча, прошедшего через анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла поворота анализатора относительно положения максимального пропускания им света. Обыкновенный луч оказался поляризован перпендикулярно необыкновенному.

Кроме того, Малюс продемонстрировал, что луч полностью поляризуется при отражении от поверхности тела под определенным углом, и величина этого угла зависит от свойств вещества.

В каких сферах деятельности применяется поляризация света

Поляризация применяется для создания разных оптических эффектов, например, на ее основе созданы такие технологии, как поляризационная голография и кинематограф IMAX.

Голография — способ записи оптической информации в объемном виде, с сохранением многоракурсности и глубины пространства.

С помощью поляризации можно разделить изображение для правого и левого глаза, а также создать стереоизображения, как в технологиях RealD и MasterImage.

В некоторых случаях необходимо избавиться от слабой естественной поляризации, проявляющейся в бликах на отражающих поверхностях. Для этого существуют специальные поляризационные очки и фильтры для фотографирования.

Физики-оптики продолжают изучать оптические явления, и поляризационные устройства помогают им управлять световыми потоками и измерять их физические параметры. Управлять световыми потоками нужно и светотехникам, которые используют с этой целью специальные устройства — поляроиды.

Нужно подобрать материалы для студенческой работы?

Источник