ЛЕКЦИЯ 12 ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА План лекции 1 Поляризация

ЛЕКЦИЯ 12 ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА План лекции: 1. Поляризация света. 2. Закон Малюса. 3. Способы получения поляризованного света. 4. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. Дисперсия оптической активности. 5. Применение поляризованного света для решения медико-биологических задач.

1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА СВЕТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА Получение пространственно-временной упорядоченности ориентации электрического и магнитного векторов в световых волнах называется поляризацией. Плоскость, проходящая через электрический вектор Е и направление распространения электромагнитной волны, является плоскостью поляризации.

СВЕТ ЕСТЕСТВЕННЫЙ И ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ

Световые волны могут иметь: линейную поляризацию (в этом случае колебания электрического поля происходят в фиксированной плоскости), круговую поляризацию (электрическое поле вращается подобно стрелке часов), эллиптическую поляризацию (электрическое поле вращается, при этом его абсолютная величина зависит от направления).

Электромагнитную волну, в которой векторы Е и следовательно В лежат в определенных плоскостях, называют плоскополяризованной

Условные обозначения:

Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Поляризатор используемый для анализа поляризованного света, называется анализатором.

Поляризованный свет бывает виден простым глазом "щетка Гайдингера"

2. ЗАКОН МАЛЮСА Е = Е 0 cos φ / = /0 соs 2φ где Io — интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, I — интенсивность света, вышедшего из анализатора

МАЛЮС (Malus, Étienne-Louis) (1775– 1812), французский физик и инженер. Служил в инженерных войсках, принимал участие в Египетской кампании Наполеона (1798). В 1808 открыл поляризацию света при отражении и в 1810 г. закон изменения интенсивности поляризованного света (закон Малюса), а в 1811 – поляризацию света при преломлении. Разработал теорию двойного лучепреломления в кристаллах.

3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА: Отражение на границе двух диэлектриков Призма николя Поляроид

Закон Брюстера Если угол падения удовлетворяет условию то отраженный монохроматический луч полностью поляризован - закон Брюстера, где угол падения i. Б — угол Брюстера, или угол полной поляризации.

БРЮСТЕР (Brewster) Дейвид (1781 -1868) Шотландский физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1830). Исследовал поляризацию света. Установил (1815) закон, названный его именем. Открыл круговую поляризацию. Изобрел калейдоскоп. Сконструировал линзы для маяков. Усовершенствовал стереоскоп.

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ Если для луча выполняются обычные законы преломления, то этот луч называют обыкновенным, если нет, то необыкновенным

Направление, вдоль которого двойного лучепреломления нет и оба луча, обыкновенный и необыкновенный, распространяются с одной скоростью, называется оптической осью кристалла Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главной плоскостью кристалла Если Vo > Vн то кристалл называется положительным, если Vн > Vo, то отрицательным

ПРИЗМА НИКОЛЯ Призма Николя представляет собой две одинаковых треугольных призмы из исландского шпата. Основания призм подшлифовывают так, чтобы они образовали с ребрами углы в 68º и 90º. Оба куска склеиваются канадским Бальзамом, при этом оптическая ось кристалла (AB) находится под углом 64° с направлением света.

ПОЛЯРОИД Поляроид – это прозрачная целлулоидная плёнка, равномерно покрытая маленькими, в несколько сотых миллиметра, кристалликами сернокислого иод-хинина. Кристаллики расположены в строгом порядке, сходственными гранями в одну сторону. Благодаря такой укладке вся плёнка ведёт себя, как один кристалл.

4. ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ.

ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Оптически активные вещества — среды, способные вращять плоскость поляризации проходящего через неё света.

ДИСПЕРСИЯ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ Дисперсией вращения плоскости поляризации (вращательной дисперсией), называется зависимость угла поворота от длины волны (или частоты)

5. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА ДЛЯ РЕШЕНИЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ: ПОЛЯРИМЕТРИЯ, ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОУПРУГОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА МОДЕЛЯХ.

ПОЛЯРИМЕТРИЯ Поляриметрия, методы исследования, основанные на измерении: 1) степени поляризации света, 2) оптической активности вещества. Поляриметр

Для определенной длины волны угол α поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию I, пройденному светом в оптически активном веществе: где α 0 — коэффициент пропорциональности, или постоянная вращения (вращательная способность), [град/мм]. Для растворов установлен следующий количественный закон угола поворота α от концентрации : где С — концентрация оптически активного вещества, I — толщина слоя раствора, [α 0] — удельное вращение, которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ Поляризационная микроскопия позволяет получать изображения прозрачных (неокрашенных) анизотропных структур (например, коллагеновых волокон, миофибрилл или клеток микроорганизмов). Объект освещают поляризованным светом и рассматривают через анализатор

Обнаружения характерных кристаллов уратов (поляризационная микроскопия), высокого лейкоцитоза

Выявление амилоида в фиксированных формалином и заключенных в парафин тканевых срезах Амилоид кирпично-красный, в поляризующем свете дает двойное лучепреломление Ядра - синий Фон - не окрашен

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОУПРУГОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА МОДЕЛЯХ

Явление фотоупругости заключается в возникновении оптической анизотропии в первоначально изотропных твёрдых телах под действием механических напряжений Фотоупругость используется при исследовании напряжений в механических конструкциях, расчёт которых слишком сложен. Исследование двойного лучепреломления под действием нагрузок в выполненной из прозрачного материала модели (обычно уменьшенной) изучаемой конструкции позволяет установить характер и распределение в ней напряжений

Модель рассматривается через поляризационный фильтр.

модель кости

Методом фотоупругости определяется: В стоматологии: напряженные состояния челюсти; В офтальмологии: внутренних механических напряжений в роговице

ЛЕКЦИЯ 13 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА План лекции: 1. Интерференция света. 2. Когерентные волны. Источники когерентных световых волн. 3. Интенсивность света при интерференции. Условия наибольшего усиления (максимум) и ослабления (минимум) волн. 4. Способы получения когерентных волн (метод Юнга и зеркало Ллойда). 5. Интерференция света в тонких пленках (пластинках). 6. Использование интерференции в медицине и биологии: просветление оптики, интерференционный микроскоп.