При каком угле падения свет максимально поляризован…

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Анализ поляризованного света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Закон Малюса.Двойное лучепреломление

При каком угле падения свет максимально поляризован...

Поляризация света

§1 Естественный и поляризованный свет

Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, то есть вектора  и  взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения.

 Колебания вектора  происходят в одной плоскости. Свет, в котором вектор  колеблется только в одном направлении, называется плоско поляризованным светом (или электромагнитной волной).

Поляризованным называется свет, в котором направления колебания вектора  упорядочены каким-либо образом.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают световые волна независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, харак­теризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора . Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным.

Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора  и незначительная амплитуда колебаний вектора  в других направлениях, называется частично поляризованным.

В плоско поляризованном свете плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации, плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.

Вектор  называют световым вектором потому, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.

Различает также эллиптически поляризованный свет: при распростра­нении электрически поляризованного света вектор  описывает эллипс, и циркулярно поляризованный свет (частный случай эллиптически поляризованного света) — вектор описывает окружность (сравните со сложением взаимно перпендикулярных колебаний: возможны: прямая линия, эллипс и окружность).

Степенью поляризации называется величина

где Imax и Imin – максимальная и минимальная компоненты интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора  (то есть Ех и Еу – составляющие). Для плоско поляризованного света Еу = Е, Ех = 0, следовательно, Р = 1. Для естественного света Еу = Ех = Е и Р = 0. Для частично поляризованного света Еу = Е, Ех = (0…1)Еу, следовательно, 0 < Р < 1.

Если вектор в эллиптически поляризованном свете вращается при распространении света по часовой стрелке, то поляризация называется правой, против — левой. В эллиптически поляризованном свете колебания полностью упорядочены. К эллиптически поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо, так что Р=1 всегда.

§2 Анализ поляризованного света при отражении и преломлении.

Закон Брюстера. Закон Малюса

Наиболее просто поляризационный свет можно получить из естественного света при отражении световой волны от границы раздела двух  диэлектриков.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлек­триков (например, воздух-стекло), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде.

Закон Брюстера:

При угле падения, равном углу Брюстера іБр: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2.

степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4.

тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления

— закон Брюстера.

 n12 — показатель преломления второй среды относительно первой. Угол падения (отражения) — угол между падающим (отраженным) лучом и нормалью к поверхности. Плоскость падения — плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена многократным преломлением при условии падения света на границу раздела под углом Брюстера.

Если для стекла (n = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинках, вышедший свет будет практически полностью поляризован — стопа Столетова.

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризаторов — анизотропных кристаллов, пропускающих свет только в одном направлении (исландский шпат, кварц, турмалин).

Поляризатор, анализирующий в какой плоскости поляризован свет, называется анализатором.

Если на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитудой Е0 и интенсивности I0 (), плоскость поляризации которого составляет угол φ с плоскостью анализатора, то падающее электромагнитное колебание можно разложить на два колебания; с амплитудами и , параллельное и перпендикулярное плоскости анализатора.

Сквозь анализатор пройдет составляющая параллельная плоскости анализатора, то есть составляющая , а перпендикулярная составлявшая будет задержана анализатором. Тогда интенсивность прошедшего через анализатор света будет равна ():

 — закон Малюса

Закон Малюса: Интенсивность света, прошедшего через поляризатор,  прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света I0 и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора.

Если на поляризатор падает естественный свет, то интенсивность вышедшего из поляризатора света I0 равна половине Iест, и тогда из анализатора выйдет

§ 3 Двойное лучепреломление

Все кристаллы, кроме кристаллов кубической система —  изотропных кристаллов, являются анизотропными, то есть свойства кристаллов зависят от направления. Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено Барталином в 1667 г.

на кристалле исландского шпата (разновидность СаСО3).

Явление двойного лучепреломления заклю­чается в следующем: луч света, падающий на анизотропный кристалл,  разделяется в нем на два луча: обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями  в различных направлениях.

Анизотропные кристаллы подразделяются на одноосные и двуосные.

У одноосных кристаллов имеются одно направление, называемое оптической осью, при распространении вдоль которого не происходит разделения на обыкновенный и необыкновенный лучи.

 Любая прямая параллельная направлению оптической оси будет также являться оптической осью.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главным сечением или главной плоскостью кристаллам.

Отличия между обыкновенными и необыкновенными лучами:

  1. обыкновенный луч подчиняется законам преломления

    необыкновенный — нет;

  2. обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости, плоскость поляризации необыкновенного луча перпендикулярна плоскости поляризованного обыкновенного луча;

  3. кроме оптической оси обыкновенные и необыкновенные лучи распространяются в разных направлениях. Показатель преломления

    n

    0

    обыкновенного луча постоянен во всех направлениях, следовательно, фазовая скорость обыкновенного луча постоянна во всех направлениях. Показатель преломления 

    n

    е 

    необыкновенного луча (

    U

    ф.е.

    ) зависит от направления.

Различие скоростей Uо и Uе для всех направлений, кроме направ­ления оптической оси, обуславливает явление двойного лучепреломления в одноосных кристаллах. У двуосных кристаллов имеется два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления.

Понятие обыкновенного и необыкновенного лучей имеет место пока эти лучи распространяются в кристалле, при выходе из кристалла эти понятия теряют смысл, то есть лучи отличаются только плоскостями поляризаций.

Природа двулучепреломления связана с тем, что обыкновенные и необыкновенные лучи имеют разные скорости, а так как   , то для обыкновенного и необыкновенного лучей будут разные показатели преломления n0 и nе, а так как  то можно сказать, что перво­причиной двойного лучепреломления является анизотропия диэлектрич­еской проницаемости кристалла. Кристаллы, у которых Vе  < V0 (nе > n0) называются положительными, а у которых Vе  > V0 ( nе < n0)называются отрицательными.

Источник: http://bog5.in.ua/lection/wave_optics_lect/lect5_wave.html

Закон Брюстера. Закон Малюса

При каком угле падения свет максимально поляризован...

Наиболее просто поляризационный свет можно получить из естественного света при отражении световой волны от границы раздела двух диэлектриков.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлек­триков (например, воздух-стекло), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде.

Закон Брюстера:

При угле падения, равном углу Брюстера іБр: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2.

Степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. Преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. Угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4.

Тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления

— закон Брюстера.

n12 — показатель преломления второй среды относительно первой. Угол падения (отражения) — угол между падающим (отраженным) лучом и нормалью к поверхности. Плоскость падения — плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена многократным преломлением при условии падения света на границу раздела под углом Брюстера.

Если для стекла (n = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинках, вышедший свет будет практически полностью поляризован — стопа Столетова.

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризаторов — анизотропных кристаллов, пропускающих свет только в одном направлении (исландский шпат, кварц, турмалин).

Поляризатор, анализирующий в какой плоскости поляризован свет, называется анализатором.

Если на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитудой Е0 и интенсивности I0 ( ), плоскость поляризации которого составляет угол φ с плоскостью анализатора, то падающее электромагнитное колебание можно разложить на два колебания; с амплитудами и , параллельное и перпендикулярное плоскости анализатора.

Сквозь анализатор пройдет составляющая параллельная плоскости анализатора, то есть составляющая , а перпендикулярная составлявшая будет задержана анализатором. Тогда интенсивность прошедшего через анализатор света будет равна ( ):

закон Малюса

Закон Малюса: Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света I0 и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора.

Если на поляризатор падает естественный свет, то интенсивность вышедшего из поляризатора света I0 равна половине Iест, и тогда из анализатора выйдет

Поляризация света при отражении и преломлении

Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред (например, от стекла).

Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 5.

9 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. 5.9 они изображены двусторонними стрелками).

Степень поляризации того и другого луча зависит от угла падения луча.

У каждой пары прозрачных сред существует такой угол падения, при котором отраженный свет становится полностью плоскополяризованным, а преломленный луч остается частично поляризованным, но степень его поляризации при этом угле максимальна (рис. 5.10). Этот угол называется углом Бpюстеpа. Угол Брюстера определяется из условия

,

где – относительный показатель преломления двух сред. Можно показать, что при падении волны под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Таким образом, пластинка диэлектрика сортирует лучи естественного света, отражая преимущественно лучи с одним направлением колебаний и пропуская перпендикулярные колебания.

Рис. 5.11а
Рис. 5.11б

Закон Брюстера может быть использован для изготовления поляризатора. В этом случае используют не отраженный, а преломленный луч, хотя он и не полностью поляризован.

Чтобы получить высокую степень поляризации преломленного луча, его пропускают через стопу стеклянных пластинок: после прохождения каждой следующей пластинки стопы степень поляризации преломленного луча увеличивается.

При достаточно большом числе пластинок проходящий через эту систему свет будет практически полностью плоскополяризованным, а интенсивность прошедшего света в отсутствие поглощения будет равна половине интенсивности падающего на стопу естественного света.

Основными источниками поляризованного света в окружающей нас среде являются такие яркие горизонтальные поверхности как водная гладь, мокрый асфальт (рис. 5.11а), снег, лед (рис. 5.11б), стеклянные поверхности (рис. 5.11в). По характеру воздействия на глаз или фотоплёнку плоскополяризованный свет ничем не отличается от неполяризованного.

Рис. 5.11в

Этот свет создает оптические помехи, приводит к ухудшению видимости при рыбной ловле, вождении автомобиля.

Рис. 5.11г

Блики могут неожиданно возникнуть на дороге, заставая водителей врасплох, особенно на мокрой дороге весной или осенью, когда солнце находится низко над горизонтом (рис. 5.11г).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/14_32550_analiz-polyarizovannogo-sveta-pri-otrazhenii-i-prelomlenii.html

Поляризованный свет

При каком угле падения свет максимально поляризован...

По способу распространения свет может быть естественным и поляризованным.

Естественным называется свет, который удовлетворяет трем условиям:1) В каждый данный момент времени направления колебаний в разных точках луча различны;2) В каждой данной точке луча направления колебаний в разные моменты времени различны; 3) Амплитуды колебаний, направленных в разные стороны в естественном луче, в среднем равны.

Естественным считается свет, который исходит от солнца и других раскаленных тел (рис. 13, а).

Поляризованным называется свет, амплитуды колебаний которого по разным направлениям различны. В кристаллооптике ис-пользуется линейно поляризованный свет, в котором все колебания совершаются в одном направлении, тогда как по другим направлениям они равны нулю (рис. 13, б).

Степень поляризации может быть различной и, если свет не полностью поляризован, то говорят о частично поляризованном свете. Частично поляризованным (в той или иной степени) свет становится при прохождении через любую среду, отличную от воздуха (стекло, воду, кристаллы и др.

), а также при отражении от этой среды. Протокол разногласий к государственному контракту и его особенности при составлении, вы сможете найти на сайте jurist-centre.ru компании «Юридическое обслуживание».

Также же не выходя из офиса вы можете обратится к юристу компании через интернет или заказать обратный звонок.  

Степень поляризации выражается в процентах и очень зависит от вещества (его внутренне структуры), через которое проходит и от которого отражается свет. Также сильно степень поляризации зависит от угла падения. При изменении угла падения степень поляризации изменяется.

Существует некоторый угол падения (П), при котором свет становится полностью поляризованным. Этот угол называется углом поляризации. Существует зависимость угла поляризации от показателя преломления среды tg П = n. Это соотношение отвечает условию, когда отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны (рис. 14).

Это видно из следующей формулы: n = tg П *  , которая является математическим выражением закона Брюстера.

Далее n =   (закон преломления). Отсюда sin r = cos П, т. е. П + r = 90º. Для стекол, у которых n = 1,5, угол поляризации (П) равен 56º. На этом свойстве света были основаны первые простейшие уст-ройства для поляризации света – поляризаторы.

Например, простейшим поляризатором служил кристалл турмалина или стеклянная стопа (с тонкими прослойками воздуха между пластинками), через которую пропускали свет (поляризованным оказывался преломленный луч), или зеркало из черного стекла, которое ставили под углом поляризации к падающему на него свету (поляризованным оказывался от-раженный луч).

Для таких приборов требуется очень сильное освещение, т. к. вследствие многократного отражения теряется значительная часть света. Поэтому в настоящее время эти устройства не применяются.В изотропной среде полной поляризации для преломленного луча нельзя добиться ни при каких условиях.

Здесь преломленный луч мо-жет быть только максимально поляризованным при угле падения, равном углу поляризации (П), но это будет далеко не стопроцентная поля-ризация. В анизотропных средах (во всех кристаллах низших и средних сингоний) происходит полная поляризация света. Однако такие кри-сталлы обладают двупреломлением.

При этом, как мы уже говорили, световой луч, при прохождении через кристаллическое вещество, распадается на два луча (обыкновенный и необыкновенный), которые проходят через кристалл с различной скоростью. Но обе эти волны будут полностью поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. На этом свойстве основаны современные поляризаторы.

ПоляризаторыПервым поляризатором, получившим широкое признание, была призма Николя (1828 г.) или просто николь.Николь был приготовлен из удлиненной спайной выколки исландского шпата (кальцита), в котором пропорции длинного и короткого ребра были 1:3,5.

Эта выколка распиливалась по диагонали, а затем склеивалась особым веществом – канадским бальзамом, которое представляет собой изотропное вещество – смолу канадской или сибирской пихты.

Проследим ход лучей через николь. Луч света, входя в призму, распадается на два луча – о и е (обыкновенный и необыкновенный), которые идут с различной скоростью через исландский шпат и доходят до прослойки канадского бальзама (рис. 15). Волны имеют различные скорости прохождения через кальцит, поскольку показатели преломления кальцита для них различны.

Показатель преломления исландского шпата для обыкновенной волны no = 1,658, а для необыкновенной волны (если свет идет перпендикулярно к оптической оси) no = 1,486. Дальше происходит очень интересное явление.

Как только две волны подходят к прослойке канадского бальзама, показатель преломления которого приблизительно равен 1,54 (это изотропная среда), только луч е проходит через эту прослойку и выходит из прибора, т. к. показатель преломления кальцита для волны е меньше показателя преломления канадского бальзама.

Обыкновенная волна, для которой показатель преломления кальцита гораздо больше показателя преломления канадского бальзама, испытывает полное внутреннее отражение. Отраженный луч обычно поглощается черной оправой, в которую заключен прибор. Главный недостаток призмы николя – малый угол зрения, равный 29º.Призмами Николя в настоящее время не пользуются.

Сейчас в устройстве поляризационных приборов используют другие поляризаторы, имеющие значительно больший угол поля зрения, в том числе и поляроиды. Поляроид изобрел в 1928 г. Э. Лэнд, использовав син-тезированные в 1851 г. В. Герапатом кристаллики соединений йода с сернокислым хинином.

Эти кристаллики обладают свойством погло-щать лучи е, тогда как лучи о проходят через них беспрепятственно. Однако малые (субмикроскопические) размеры этих кристаллов не позволили В. Герапату их использовать. Э. Ленд нашел оригинальное решение, позволяющее пользоваться особыми свойствами этих кристаллов.

Он кристаллизовал эти соединения в вязкой среде (желатине) таким образом, что все зерна были ориентированны одинаково и плотно прилегали друг к другу. Таким образом, поляроид – это тонкая же-латиновая пленка, которая обладает всеми свойствами поляризаторов.

За счет сравнительной простоты их изготовления, большого поля зрения (120º), различных размеров и небольшой толщины поляроиды прочно завоевали лидирующее место среди поляризаторов.Прохождение поляризованного света через поляризатор Рассмотрим, что происходит с поляризованным лучом света, который падает на поляризатор.

Мы знаем, что, проходя через поляризатор, световые колебания приобретают одно направление. Другими словами, поляризатор – это своего рода фильтр, который пропускает только те световые лучи, ко-лебания которых совершаются в одном определенном (заданном поляризатором) направлении.

Все остальные лучи, колебания которых не соответствуют направлению колебаний, заданному поляризатором, просто не могут через него пройти. Так что же произойдет с уже поля-ризованным светом, который мы захотим опять пропустить через поляризатор? Необходимо вспомнить, что колебания преломленного луча совершаются в плоскости падения, а отраженного – перпендикулярно к этой плоскости, а также вспомнить закон Малюса.

Этот закон говорит о том, что амплитуда колебаний луча, пропущенного вторым поляризатором, равна амплитуде колебаний луча, пропущенного первым поляризатором, умноженной на косинус угла между направлениями колебаний обоих лучей (рис. 16).

Если заменить амплитуду интенсивностью света, получим:I1 = I0 cos2 α.Это выражение и называется законом Малюса.В частных случаях при α = 0º или α = 180º I1 = I0, (интенсивность света не изменяется, т.к. cos2 α = 1 и ОА = ОР); при α =90º cos2α = 0 (интенсивность света будет нулевой):ОА = ОР cos 90˚ = 0.

Обобщив вышесказанное, отметим, что при прохождении поляри-зованного света через поляризатор могут возникнуть три случая:1) когда направление колебаний поляризованного света совпадает с направлением колебаний в поляризаторе, то поляризованный свет пройдет через поляризатор без изменения2) когда направление колебаний поляризованного света не совпадает с направлением колебаний в поляризаторе (находится к нему под неким углом, не равным 90º), то поляризованный свет выйдет из поляризатора в ослабленном виде;

3) когда направление колебаний поляризованного света образует с направлением колебаний в поляризаторе 90º, то из поляризатора свет не выйдет;

Источник: https://www.bygeo.ru/materialy/vtoroi_kurs/osnovy-kristalloptiki-chtenir/1887-polyarizovannyy-svet.html

Biz-books
Добавить комментарий