Поляризация света для
В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.
В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.
Что такое поляризация света
Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?
Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?
Электромагнитная волна
Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.
Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.
Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.
Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.
Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.
Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.
Поляризация света
Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Откуда берется поляризованный свет?
Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.
Естественный, поляризованный и частично поляризованный свет
Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.
Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.
В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света – турмалин.
Еще один способ получения поляризованного света – отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.
Поляризация отражением
Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.
Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.
Линейно поляризованный свет – свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.
Практическое применение явления поляризации света
Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.
Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.
Фото, сделанные с применением поляризационного фильтра и без него
Поляризация – не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.
Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему “поляризация света”.
Источник: https://Zaochnik.ru/blog/polyarizaciya-sveta-dlya-chajnikov-opredelenie-sut-yavleniya-i-sushhnost/
Обнаружение и анализ эллиптически- и циркулярно- поляризованного света
Обнаружение особенностей эллиптически-поляризованного света связано с известными трудностями.
Применив для анализа света какое-нибудь поляризационное устройство (поляризационное устройство, применяемое для анализа характера поляризации света, называют анализатором), мы получим следующие результаты.
Сквозь поляризатор пройдет только часть света, соответствующая компоненте колебаний, пропускаемых им; нетрудно видеть, что амплитуда прошедшего света зависит от ориентации главной плоскости поляризатора NN по отношению к осям эллипса.
Амплитуда А равна половине длины стороны прямоугольника, параллельной NN, в который вписан эллипс (рис. 2). При повороте николя поворачивается и прямоугольник.
Рис. 2 Зависимость интенсивности эллиптически-поляризованного света, проходящего через николь, от ориентации николя.
Амплитуда будет максимальной (A= b), когда плоскость NN совпадает с большой осью эллипса, и минимальной (A= а), если она параллельна малой оси. Поэтому при вращении поляризатора мы получим частичное затемнение или просветление поля, то есть будет наблюдаться та же картина, как и при исследовании поляризатором частично поляризованного света.
В частности, если свет поляризован по кругу, то есть а = b, то вращение поляризатора совсем не будет влиять на интенсивность проходящего света, то есть мы увидим ту же картину, как и при исследовании поляризатором естественного света.
Таким образом, анализ при помощи поляризатора не позволяет отличить эллиптически-поляризованный свет от частично поляризованного, а циркулярно-поляризованный — от естественного.
Для полного анализа необходимо превратить эллиптически- или циркулярно-поляризованный свет в плоскополяризованный, анализ которого легко выполняется при помощи поляризационной призмы.
Для способа получения плоскополяризоваииого света из излучения с эллиптической или круговой поляризацией достаточно компенсировать, разность фаз между перпендикулярными компонентами, доведя ее до р или 2р (или до нуля).
Для этой цели можно заставить изучаемый свет пройти через вспомогательную кристаллическую пластинку подходящей толщины или ориентации.
Применение пластинки в ? волны для компенсации разности фаз
В эллиптически- поляризованном световом пучке между компонентами, направленными вдоль главных осей эллипса (а в циркулярно-поляризованном — между компонентами, направленными вдоль двух произвольно выбранных взаимно перпендикулярных диаметров), существует разность фаз р/2.
Заставляя исследуемый свет пройти через пластинку в ?л, мы добавим к этой разности ±р/2, то есть скомпенсируем имеющуюся разность фаз, обращая ее в нуль или в р. Таким образом, исследуемый свет превращается в плоскополяризованный, в чем можно убедиться при помощи обычного поляризатора.
Для указанной цели в случае циркулярно-поляризованного пучка можно ориентировать пластинку в ?л как угодно; в случае эллиптически-поляризованного пучка надо ориентировать ее так, чтобы главные направления пластинки совпадали с главными осями эллипса, определенными предварительно при помощи поляризатора. Таким образом, анализ выполняется при помощи пластинки в ?л и поляризатора.
Указанным приемом можно также определить направление вращения (правая и левая поляризации), для чего необходимо лишь предварительно знать, какое из двух колебаний в использованной пластинке в 1/4 л распространяется с большей скоростью.
Поляризационный оптический компенсатор в виде пластинки четверть длины волны- это есть кристаллическая пластинка, которая вносит дополнительную разность фаз в между проходящими через нее лучами поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях, применяется для анализа эллиптически поляризованного света и предназначен для использования его в учебном процессе высших учебных заведений в лабораторном практикуме по общей физике при изучении тем: распространение света через анизотропные среды, искусственная анизотропия при механических напряжениях, отражения света от металлов.
Существует аналог предлагаемой модели. В нем четвертьволновую пластинку изготавливают из кристаллов слюды.
Для превращения кристалла слюды в четвертьволновую пластинку необходимо чтобы на выходе разность фаз обыкновенной и необыкновенной волны равнялась бы где m=0,1,2…, а разность хода ? , где ? длина волны света, поскольку (1), где ? толщина пластинки, а ? показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волны (фиксированная для определенной л величина, определяется природой кристалла ), то для получения приходилось подгонять величину путем скалывания отдельных слоев слюдяного кристалла. Этот способ изготовления четвертьволновой пластинки имеет существенные недостатки. Во-первых, хорошего качества слюды из стали ? достаточно большой дефицит. Во-вторых, получение необходимой толщины путем скалывания отдельных слоев слюды не позволяет получить достаточно точного значения .
Задача заключаемая при создании данной полезной модели, заключается в создании поляризационного оптического компенсатора в виде пластинки четверть длины волны, не требующего дефицитных материалов, позволяющего технически несложным приемом добиться того, чтобы разность фаз на выходе пластинки действительно составляла величину с как можно меньшей погрешностью.
Это достигается следующим образом, как известно, если на кристаллическую пластинку, вырезанную параллельно оптической оси, нормально пустить линейно поляризованный световой пучок, то внутри пластинки вдоль одного направления но с разными фазовыми скоростями будут распространяться две волны: обыкновенная и необыкновенная.
Каждая из этих волн линейно поляризованная: необыкновенная в плоскости главного сечения, а обыкновенная в плоскости перпендикулярной к ней. На выходе пластинки толщиной у этих волн находится разность фаз , описываемая формулой (1).
Складываясь на выходе пластинки эти две волны дадут в общем случае свет поляризованный по эллипсу, форма и ориентация которого определяются значением и углом между плоскостью поляризации входящего в пластинку линейно поляризованного пучка и плоскостью главного сечения пластинки.
И которой, если на четвертьволновую пластинку направить эллиптически поляризованный свет, то на выходе можно получить линейно поляризованный свет, ориентация плоскости поляризации которого определяется параметрами эллипса. Из формулы (1) видно, что для того чтобы для фиксированной величина необходимо менять либо либо . Предлагается изменить Мы пошли другим путем.
Известно, что если изготовить изотропную прозрачную пластинку из оргстекла и подвергнуть ее одноосному стержню путем приложения внешней силы, то оргстекло приобретет анизотропные свойства и пластинка станет по своим оптическим параметрам похожа на одноосный оптическая ось которого ориентирована вдоль линии приложения силы.
Степень возникшей искусственной анизотропии определяется величиной , которая пропорциональна возникающему в пластинке механическому напряжению, которое в свою очередь определяется приложенной силой. Таким образом, изменяя приложенную силу можно добиться такого значения , при котором при фиксированных и величина стала равной , и наша пластинка из оргстекла создавала разность хода обыкновенной и необыкновенной волн в четверть длины волны.
Page 3
На данном этапе, работа по изучению оптического компенсатора в виде пластинки четверть длины волны завершена. Тема курсовой работы не исчерпана полностью. При изучении эллиптического и кругового поляризованного света у меня расширились представления касательно механизма поляризации.
В процессе выполнения курсовой работы не смотря на то, что большинство понятий мне было знакомо, пришлось столкнуться с массой новых понятий.
В данной работе мы ознакомились со сложением двух когерентных световых волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Мы проанализировали эллиптически и циркулярно- поляризованный свет.
1) Ландсберг, Г.С. Оптика. М.,1976.
2) Савельев, И.В. Курс общей физики, т.3 “Наука”, М.,1971.
3) Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Оптика. М., “Наука”,1985.
4) Р.В. Поль, Р.В. Оптика и атомная физика, “Наука”,М.,1961.
Источник: https://studbooks.net/2137331/matematika_himiya_fizika/obnaruzhenie_analiz_ellipticheski_tsirkulyarno_polyarizovannogo_sveta
Add comment