Поляризация света 1 Поляризация света Закон Малюса 2

Поляризация света 1. Поляризация света. Закон Малюса. 2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. 3. Двойное лучепреломление. Эффект Керра. Поляроиды и поляризационные призмы. 4. Вращение плоскости поляризации. Практическое применение поляризации. 5. Интерференция поляризованного света.

1. Поляризация света. Закон Малюса. Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу одноосных кристаллов. 1. При одинаково направленных осях кристаллов I 0=I если не учитывать поглощение света 2. Если оси кристаллов взаимно перпендикулярны, то I=0 Объяснение опыта: 1. свет- поперечная волна; 2. В падающем от обычного источника пучке волн присутствуют колебания всевозможных направлений перпендикулярных направлению распространения волн.

Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора называется плоскостью колебаний. Плоскость, перпендикулярная к плоскости колебаний вектора называется плоскостью поляризации. , Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным. Свет, в котором вектор колеблется в определенной плоскости называется плоскополяризованным.

- амплитуда колебаний, совершающихся в плоскости, образующей угол с плоскостью поляризатора это колебание пройдет через поляризатор это колебание будет задержано - интенсивность колебаний с амплитудой А Доля естественного света, прошедшего через поляризатор:

Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитудой А 0 и интенсивностью I 0. Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой Следовательно: Закон Малюса. Поставим на пути естественного света два поляризатора, плоскости которых образуют угол . где I - интенсивность света, прошедшего через два поляризатора.

При =0 При = /2 I=1/2 Iест (поляризаторы параллельны) I = 0 (поляризаторы скрещены). Степень поляризации: - максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора Для естественного света Для плоскополяризованного света Прибор, преобразующий естественный свет в плоскополяризованный, называется поляризатором. Прибор, служащий для анализа степени поляризации, называется анализатором.

2. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков (например, воздухстекло), то отраженный и преломленный лучи частично поляризованы. закон Брюстера При угле падения, удовлетворяющем условию: отраженный луч полностью поляризован. - угол Брюстера или угол полной поляризации При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

3. Двойное лучепреломление. Эффект Керра. Поляроиды и поляризационные призмы. Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления. e o Это явление, в 1669 г. впервые обнаруженное датским ученым Э. Бартолином (1625— 1698) для кристалла исландского шпата, объясняется особенностями распространения света в анизотропных средах. Один из лучей удовлетворяет закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным (о). Для другого луча – необыкновенного (е) , отношение sin i 1/sin i 2 не остается постоянным при изменении угла падения, он не лежит , как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. Исследования показывают, что вышедшие из кристалла лучи плоскополяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. В кристалле турмалина обыкновенный луч поглощается сильнее, чем необыкновенный, уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч. Таким же свойством обладает поляроид – целлулоидная пленка. Поэтому поляроид может быть использован в качестве поляризатора.

Типичным представителем поляризационных призм является призма Николя. Призма Николя представляет собой двойную призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом с n=1, 55. Двоякопреломляющие призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исландского шпата и стекла.

Искусственная оптическая анизотропия Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах. Существуют различные способы получения искусственной оптической анизотропии, т. е. сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам. Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др. ); 2) электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные тела, газы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси: где k 1, k 2, k 3 – постоянные, (в случае деформации) характеризующие вещество, - механическое (в случае электр. поля) напряжение, E и H – напряженность электр. и (в случае магнитного поля) магн. полей, соответственно.

1. Поместим стеклянную пластинку Q между скрещенными поляризатором и анализатором. Если стекло подвергнуть деформации , свет через систему начинает проходить, причем, в прошедших лучах наблюдаемая картина будет окрашена цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки. Искусственная анизотропия под действием механических воздействий позволяет исследовать напряжения, возникающие в прозрачных телах.

2. В 1875 г. Керр обнаружил, что в жидкостях (и в аморфных телах) под действием электрического поля возникает двойное лучепреломление. Это явление получило название эффекта Керра. На пути l между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода:

или разность фаз - постоянная Керра Под действием электрического поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля. Эффект Керра объясняется оптической анизотропией молекул жидкости, т. е. различной поляризуемостью молекул по разным направлениям.

4. (3)Вращение плоскости поляризации Некоторые вещества (например, кварц, сахар, водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Угол поворота плоскости поляризации для оптически активных кристаллов где l — расстояние, пройденное светом в кристалле, постоянная вращения. В растворах: где l — расстояние, пройденное светом в растворе, С – концентрация активного вещества, [ ] – удельная постоянная вращения.

Оптически активные вещества в зависимости от направления вращения плоскости поляризации разделяются на право- и левовращающие. М. Фарадеем было обнаружено вращение плоскости поляризации в оптически неактивных телах, возникающее под действием магнитного поля. Это явление получило название эффект Фарадея (или магнитного вращения плоскости поляризации). Угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути l, проходимому светом в веществе, и напряженности магнитного поля H V – постоянная Верде (удельное магнитное вращение) Магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит.

5. Интерференция поляризованного света L 1 O’ P 1 P A поляриметр I O’ Р 1 – поляризатор; А - анализатор Проанализируем прохождение света через прибор. Внутри пластинки Р световой луч распадается на компоненты Lo и Le

Проходя через пластинку, каждый луч испытывает приращение фазы для обыкновенного луча равное и для необыкновенного Разность фаз: где 0 - длина волны в вакууме При (k – целое число) свет поляризован линейно При - свет поляризован эллиптически Пример: Пусть пластинка дает разность фаз то

Таким образом, пластинка вызывает разность хода равную нечетному числу четвертей длины волны. Такая пластинка называется пластинкой в четверть длины световой волны Явления интерференции возникают не только при прохождении света через кристаллические пластинки, но и всегда, когда между поляризатором и анализатором помещаются анизотропные тела, вызывающие двойное лучепреломление.

Пример: плоскости колебаний анализатора и поляризатора параллельны. Колебания светового вектора при входе в пластинку: Результирующее световое колебание: Если то проходящий через поляриметр свет имеет максимальную интенсивность

Дисперсия и поглощение света. Электронная теория дисперсии 1. Нормальная и аномальная дисперсии. 2. Электронная теория дисперсии. 3. Поглощение света. Закон Бугера. 4. Рассеяние света.