Интерференция поляризованного света кратко

Обновлено: 05.07.2024

света, явление, возникающее при сложении когерентных поляризованных световых колебаний (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Наибольший контраст интерференционной картины наблюдается при сложении колебаний одного вида поляризации (линейных, круговых, эллиптических) с совпадающими азимутами. Ортогональные колебания не интерферируют. Так, при сложении двух линейно поляризованных взаимно перпендикулярных колебаний в общем случае возникает эллиптически поляризованное колебание, интенсивность к-рого равна сумме интенсивностей исходных колебаний.

И. п. л. можно наблюдать, напр., при прохождении линейно поляризованного света через анизотропные среды. Попадая в такую среду, луч разделяется на два когерентных, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча, имеющих разные скорости распространения, вследствие чего между ними возникает разность фаз, зависящая от расстояния, пройденного ими в в-ве. Если повернуть плоскость поляризации одного из лучей до совпадения с плоскостью поляризации другого луча или выделить из обоих лучей компоненты с одинаковым направлением колебаний, то такие лучи будут интерферировать.

Схема наблюдения И. п. л. в параллельных лучах показана на рис. 1,а. Пучок параллельных лучей выходит из поляризатора N1 линейно поляризованным в направлении N1N1. В пластинке К, вырезанной из двоякопреломляющего одноосного кристалла параллельно его оптич. оси ОО и расположенной перпендикулярно падающим лучам, происходит разделение луча на составляющую Ае (рис. 1, б) с колебаниями параллельно ОО (необыкновенный луч) и составляющую А0 с колебаниями перпендикулярно ОО (обыкновенный луч). Для повышения контраста интерференц. картины угол между N1 и А0 устанавливают равным 45°, благодаря чему амплитуды колебаний Ае и А0 равны.

Показатели преломления материала пластинки К для этих двух лучей (nе и n0) различны, а следовательно, различны скорости их распространения в К, вследствие чего эти лучи, распространяясь по одному направлению, приобретают разность хода. Разность фаз d их колебаний при выходе из К равна:

где l — толщина К, l — длина волны падающего света. Анализатор N2 пропускает из каждого луча только слагающую с колебаниями в плоскости его гл. сечения N2N2. Если N1^N2 (оптич. оси анализатора и поляризатора скрещены), амплитуды слагающих A1 и А2 равны, а разность фаз D=d+p.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛУЧЕЙ1

Лучи когерентны и интерферируют между собой. В зависимости от величины D на к.-л. участке пластинки К наблюдатель видит этот участок тёмным (D=(2k+1)p, k — целое число) или светлым (D=2kp) в монохроматич. свете и окрашенным — в белом (хроматическая поляризация). Если пластинка К неоднородна по толщине или по показателю преломления, её участки, в к-рых эти параметры одинаковы, видны соответственно одинаково тёмными или светлыми или одинаково окрашенными. Линии одинаковой цветности наз. изохромами.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛУЧЕЙ2

Рис. 2. Схема для наблюдения хроматич. поляризации в сходящихся лучах: N1 — поляризатор; N2 — анализатор; К — пластинка толщиной l, вырезанная из одноосного двулучепреломляющего кристалла перпендикулярно его оптич. оси; L1, L2 — линзы.

Пример И. п. л. в сходящихся лучах показан на рис. 2. Сходящийся плоскополяризов. пучок лучей из линзы L1 падает на пластинку, вырезанную из одноосного кристалла перпендикулярно его оптич. оси. При этом лучи разного наклона проходят разные пути в пластинке, а необыкновенный и обыкновенный лучи приобретают разность хода

где y — угол между направлением распространения обоих лучей и нормалью к поверхности кристалла. Интерференц. картина для этого случая дана на рис. 3,а. Точки, соответствующие одинаковым разностям фаз, расположены по концентрич. окружностям (тёмным или светлым, в зависимости от D).

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛУЧЕЙ3

Рис. 3. Интерференция поляризов. лучей в сходящихся лучах при N1^N2 для одноосного двулучепреломляющего кристалла: а — срез перпендикулярен оптич. оси; б — срез параллелен оптич. оси.

И. п. л. находит широкое применение в кристаллооптике, для исследования состояния поляризации света, напряжений.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛУЧЕЙ - явление, возникающее при сложении когерентных поляризованных световых колебаний (см. Поляризация света). И. п. л. исследовалась в классич. опытах О. Френеля (A. Fresnel) и Д. Ф. Араго (D. F. Arago) (1816). Наиб, контраст интерференц. картины наблюдается при сложении когерентных колебаний одного вида поляризации (линейных, круговых, эллиптич.) с совпадающими азимутами. Интерференция никогда не наблюдается, если волны поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. При сложении двух линейно поляризованных взаимно перпендикулярных колебаний в общем случае возникает эллиптически поляризованное колебание, интенсивность к-рого равна сумме интенсивностей исходных колебаний. 1 линейно поляризованным в направлении N 1 N 1 (рис. 1, б). В пластинке К, вырезанной из двоякопреломляющего одноосного кристалла параллельно его оптич. оси ОО и расположенной перпендикулярно падающим лучам, происходит разделение колебания N 1 N 1 на составляющие А е , параллельную оптич. оси (необыкновенную), и A 0 , перпендикулярную оптич. оси (обыкновенную). Для повышения контраста интерференц. картины угол между N 1 N 1 и А 0 устанавливают равным 45°, благодаря чему амплитуды колебаний А е и А 0 равны. е и n 0 для этих двух лучей различны, а следовательно, различны и скорости их

009-1.jpg

Рис. 1. Наблюдение интерференции поляризованных лучей в параллельных лучах: а - схема; б - определение амплитуд колебаний, соответствующих схеме а.

распространения в К, вследствие чего на выходе пластины К между ними возникает разность фаз d=(2p/l)(n 0 -n е ), где l - толщина пластинки, l - длина волны падающего света. Анализатор N 2 из каждого луча А е и А 0 пропускает только составляющие с колебаниями, параллельными его направлению пропускания N 2 N 2 . Если гл. сечения поляризатора и анализатора скрещены (N 1 ^N 2 ), то амплитуды слагающих А 1 и А 2 равны, а разность фаз между ними D=d+p. Т. к. эти составляющие когерентны и линейно поляризованы в одном направлении, то они интерферируют. В зависимости от величины D на к.-л. участке пластинки наблюдатель видит этот участок тёмным [d=(2k+1)pl, k - целое число] или светлым (d=2kpl) в монохроматич. свете и различно окрашенным в белом свете (т. 1 падает на пластинку, вырезанную из одноосного кристалла перпендикулярно его оптич. оси. При этом лучи разного наклона проходят разные пути в пластинке, а обыкновенный инеобыкновенный лучи приобретают разность хода D=(2pl/lcosy)(n 0 -n е ), где y - угол между направлением распространения лучей и нормалью к поверхности кристалла. Наблюдаемая в этом случае интерференц. картина дана на рис. 1, а к ст. Коноскопические фигуры. Точки, соответствующие одинаковым разностям фаз D,

009-2.jpg

Рис. 2. Схема для наблюдения интерференции поляризованных лучей в сходящихся лучах: N 1 , - поляризатор; N 2 , - анализатор, К- пластинка толщиной l, вырезанная из одноосного двупреломляющего кристалла; L 1 , L 2 - линзы.

расположены по концентрич. окружности (тёмным или светлым в зависимости от D). Лучи, входящие в К с колебаниями, параллельными гл. плоскости или перпендикулярными ей, не разделяются на два слагающих и при N 2 ^N 1 не будут пропущены анализатором N 2 . В этих плоскостях получится тёмный крест. Если N 2 ||N 1 ,крест будет светлым.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Явления интерференции поляризованных лучей исследовались в классических опытах Френеля и Арго (1816 г.), доказавших поперечность световых колебаний. Суть их в зависимости результата интерференции от угла между плоскостями световых колебаний: полосы наиболее контрастны при параллельных плоскостях и исчезают, если волны поляризованы ортогонально. Трудность получения интерференции поляризованных волн состоит в том, что при наложении двух когерентных лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, никакой интерференционной картины с максимумами и минимумами интенсивности получиться не может. Интерференция возникает только в том случае, если колебания во взаимодействующих лучах совершаются вдоль одного и того же направления. Колебания в двух лучах, первоначально поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, можно свести в одну плоскость, пропустив эти лучи через поляризующую кристаллическую пластинку.

Рассмотрим схему получения интерференции поляризованных лучей (рис. 11.13).



Прошедшее через поляризатор Р излучение точечного источника S попадает на полуволновую кристаллическую пластинку Q, которая позволяет изменять угол между плоскостями поляризации интерферирующих лучей: ее поворот на угол α поворачивает вектор на 2α. Если наблюдать интерференционные полосы через анализатор А, то при его повороте на π/2 картина, наблюдаемая на экране Э, инвертируется: из-за дополнительной разности фаз π темные полосы становятся светлыми и наоборот. Анализатор здесь необходим также для того, чтобы свести колебания двух различно поляризованных лучей в одну плоскость.

при прохождении поляризованного света через кристаллическую пластинку разность хода между двумя компонентами поляризации зависит от толщины пластинки, среднего угла преломления и разности показателей и . Очевидно, что возникающая при этом разность фаз

различна для разных длин волн, и тем самым интерференционная картина оказывается окрашенной. Для плоскопараллельных пластинок наблюдаются полосы равного наклона, а для тонких клиновидных пластинок - полосы равной толщины.

Приведенная формула позволяет для любой фазовой пластинки рассчитать интенсивность на выходе при скрещенных поляризаторе и анализаторе:

В природе мы можем наблюдать такое физическое явление, как интерференция поляризации света. Для наблюдения интерференции поляризованных лучей требуется выделение из обоих лучей компонентов с равными направлениями колебаний.

Сущность интерференции

Для большинства разновидностей волн актуальным будет принцип суперпозиции, который заключается в том, что при встрече в одной точке пространства между ними начинается процесс взаимодействия. Обмен энергией при этом будет отображаться на изменении амплитуды. Закон взаимодействия сформулирован на таких принципах:

  1. При условии встречи в одной точке двух максимумов, происходит двукратное увеличение в конечной волне интенсивности максимума.
  2. Если встретились минимум с максимумом, конечная амплитуда становится нулевой. Таким образом, интерференция превращается в эффект наложения.

Все описанное выше относилось к встрече двух равнозначных волн в рамках линейного пространства. Но две встречные волны могут быть разночастотными, разноамплитудными и иметь разную длину. Чтобы представить итоговую картину необходимо осознать, что результат окажется не совсем напоминающим волну. Другими словами, в этом случае нарушится строго соблюдаемый порядок чередования максимумов и минимумов.

Так, в один момент амплитуда окажется в своем максимуме, а в другой – станет уже намного меньше, далее возможны встреча минимума с максимумом и ее нулевое значение. Однако, несмотря на явление сильных различий двух волн, амплитуда однозначно повторится.

Бывает и такая ситуация, что в одной точке наблюдается встреча фотонов разной поляризации. В подобном случае также следует учесть векторную составляющую у электромагнитных колебаний. Так, в случае их не взаимной перпендикулярности или присутствия у одного из пучков света круговой (эллиптической поляризации), взаимодействие станет вполне возможным.

Готовые работы на аналогичную тему

На подобном принципе построено несколько способов установления оптической чистоты кристаллов. Так, в перпендикулярно поляризованных пучках должно отсутствовать какое-либо взаимодействие. Искажение картины свидетельствует о факте неидеальности кристалла (он изменил поляризацию пучков, соответственно, был выращен неправильным образом).

Интерференция поляризованных лучей

Интерференция поляризованного света считается в физике явлением, возникающим в ситуации сложения когерентных поляризованных колебаний света.

Интерференцию поляризованных лучей мы наблюдаем в момент прохождения линейно поляризованного света (полученного в процессе пропускания через поляризатор естественного света) сквозь кристаллическую пластинку. Луч в такой ситуации делится на два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Максимальный контраст интерференционной картины фиксируется в условиях сложения колебаний одного типа поляризации (линейной, эллиптической или круговой) и совпадающих азимутов. Ортогональные колебания при этом не будут интерферировать.

Таким образом, сложение двух взаимно перпендикулярных и линейно поляризованных колебаний провоцирует возникновение эллиптически поляризованного колебания, чья интенсивность равнозначна сумме интенсивностей исходных колебаний.

Применение явления интерференции

Интерференция света может широко применяться в физике с различными целями:

  • для измерения длины излучаемой волны и изучения тончайшей структуры спектральной линии;
  • для определения показателей плотности, преломления и дисперсионных свойств вещества;
  • с целью контроля качества оптических систем.

Интерференция поляризованных лучей имеет широкое применение в кристаллооптике (чтобы определять структуру и ориентацию осей кристалла), в минералогии (определять минералы и горные породы), для выявлений деформаций в твердых телах и многое другое. Также интерференция применяется в следующих процессах:


Интерференцию поляризованных лучей можно получить с помощью двух поляроидов и анизотропного образца. Оптическая схема для наблюдения интерференции поляризованных лучей представлена на рис. 13. В указанной схеме когерентность волн обеспечивается первым поляроидом П: при выходе из первого поляроида свет становится линейно поляризованным, и его можно рассматривать как совокупность двух когерентных взаимно перпендикулярных компонент со сдвигом по фазе . Анизотропный образец вырезан так, чтобы оптическая ось была параллельна его передней грани. Если ось первого поляроида П не параллельна (или не перпендикулярна) оптической оси образца, то в последнем образуются обыкновенная и необыкновенная волны, между которыми при выходе из кристалла возникает оптическая разность хода Δ=d(ne-no). Однако эти лучи не обладают способностью интерферировать, т.к. колебания в них взаимно перпендикулярны.


С помощью второго поляроида А эти колебания приводятся к одному направлению. И если ось второго поляроида А не параллельна (или не перпендикулярна) оптической оси кристалла, возникает интерференционная картина. На рис.14 представлена векторная диаграмма сложения колебаний при интерференции поляризованных лучей для скрещенных (Рис.14а) и параллельных (Рис.14б) поляроидов. На рисунке приняты следующие обозначения:


П – направление колебаний, пропускаемых первым поляроидом, т.е. ось первого поляроида, А - ось второго поляроида, 00'- оптическая ось кристалла. Е - вектор-амплитуда колебаний, вышедших из первого поляроида, Е0 и Ee- амплитуды колебаний обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, E1 и E2 - амплитуды колебаний, вышедших из второго поляроида. В первом случае (Рис.14а) из второго поляроида выходят в одном направлении две когерентные волны со сдвигом по фазе δφ, равным


(3)

Во втором случае (Рис.14б)


(4)

Таким образом, при повороте одного из поляроидов на 90° цвета интерференционной картины должны замениться на дополнительные. Из векторной диаграммы (Рис.14) также видно, что при повороте поляроидов или кристаллической пластинки интерференционная картина несколько раз должна исчезать, когда ось поляроида будет параллельна или перпендикулярна оси кристалла. В этих случаях в кристалле возбуждается только одна волна (необыкновенная или обыкновенная), и интерференция исключается.

Интерференционная окраска зависит от разности фаз интерферирующих лучей. В случае интерференции поляризованных лучей она зависит от толщин образца, его оптической анизотропии Δn=ne-no и положения осей поляроидов. Хорошим материалом для демонстрации интерференции поляризованных лучей могут служить целлофановые пленки, закаленные стекла, прозрачные модели, подвергнутые деформации.

Интерференция поляризованных лучей является чувствительным индикатором оптической анизотропии вещества. Для точных измерений оптической анизотропии мелких кристаллов и исследований оптической индикатриссы используются поляризационные микроскопы.

Вращение плоcкoсти поляризации. Поляриметр.

Некоторые вещества (их называют оптически активными) обладают способностью поворачивать плоскость поляризации. В частности, естественной оптической активностью обладает водный раствор сахара. Поставим между двумя скрещенными поляроидами кювету с водным раствором сахара. Поле зрения просветлится. Чтобы вновь получить темноту, надо повернуть второй поляроид А (Рис.15) на такой угол Ψ, на какой сахар повернул плоскость поляризации.


Ψ=α l,· (5)

где α- постоянная вращения, зависит от сорта вещества, длины волны и температуры, l – длина образца. Оптическая активность растворов также зависит от концентрации в растворе оптически активного вещества:




Ψ=[α]·c·l (6),

где [α]- удельное вращение плоскости поляризации, c- концентрация оптически активного вещества, l - длина пути света в растворе.

Объяснение естественной оптической активности вещества было дано Френелем (1817 г.). Френель выдвинул гипотезу о существовании в оптически активных средах кругового двойного лучепреломления: зависимости показателя преломления, т.е. скорости распространения циркулярно поляризованного света, от направления круговой поляризации. Линейно поляризованная волна может быть представлена как совокупность двух циркулярно поляризованных волн, в оптически активной среде они будут распространяться с различными скоростями. При выходе из оптически активной среды между циркулярно поляризованными компонентами возникает сдвиг по фазе , где nп и nл - показатели преломления волн, поляризованных по кругу по часовой и против часовой стрелки, соответственно. Этот сдвиг по фазе приводит к повороту плоскости поляризации на угол (Рис.16). Если nп > nл, вектор Eл повернется на больший угол, что приведет к повороту плоскости поляризации против часовой стрелки.

Для измерения оптической активности веществ применяют полутеневые поляриметры. В поляриметрах используется способность человеческого глаза с большой точностью определять равенство освещенностей двух соседних полей зрения. С этой целью в поляриметрах применяются полутеневые устройства, назначение которых делить поле зрения прибора на две или три соприкасающиеся части, освещенности которых уравниваются поворотом анализатора.

В данной работе применяется полутеневой поляриметр, оптическая схема которого представлена на рис. 17. Основными частями установки являются поляризатор 4 и анализатор 7, изготовленные из поляроидной пленки. Свет, исходящий от источника - натриевой лампы 1, пройдя через светофильтр 2 (выделяющий линию λ = 589,3 нм), конденсорную линзу 3, поляризатор 4, одной частью пучка проходит через фазовую пластинку в полволны 5. Другая часть пучка при этом не попадает в фазовую пластинку. В дальнейшем обе части пучка проходят через кювету 6 с испытуемым раствором, анализатор 7, объектив 8, окуляр 9. За поляризатором помещено оранжевое защитное стекло. Оранжевое стекло и поляроиды подобраны так, чтобы максимум спектрального распределения светового потока приходился на желтую линию натрия.


Рис.17. Оптическая схема поляриметра (вид сверху)


Оптическая ось фазовой пластинки составляет небольшой угол α (5-7)° с осью поляризатора. Таким образом, поле зрения делится на две части. Через правую область поля зрения проходит линейно поляризованный свет, направление колебаний в котором E1 параллельно оси поляризатора. Линейно-поляризованный свет, проходящий через фазовую пластинку, испытывает в ней двойное лучепреломление. Как известно, фазовая пластинка в полволны вносит в колебания обыкновенной и необыкновенной волн сдвиг по фазе . В результате чего из нее выходит линейно поляризованный свет, но с колебаниями E2, повернутыми относительно E1 на угол, равный 2α (Рис.18 а).


Рис.18. Ориентация световых колебаний (а) при нулевом отсчете, оптически активное вещество отсутствует и (б) рабочем отсчете при наличии правовращающего оптически активного вещества.

Поворотом анализатора на угол α можно добиться выравнивания освещенностей обеих частей поля зрения. Из рисунка 18 а видно, что это будет иметь место в двух случаях, когда ось анализатора параллельна или перпендикулярна оптической оси ОО фазовой пластинки. Предпочтение следует отдать второму случаю, т.к. глаз более чувствителен к изменению малых интенсивностей. Положение анализатора во втором случае дает слабое освещение (полутень), причем оно будет тем слабее, чем меньше угол α. Таким образом, чем меньше угол α, тем точнее можно установить анализатор на равномерное освещение всего поля зрения.


Если между поляризатором и анализатором поместить трубку с оптически активным веществом, направление обоих векторов повернется на одинаковый угол Ψ в одну сторону, и части поля зрения станут освещенными неодинаково. Чтобы снова получить равномерную освещенность всего поля зрения, на этот же угол Ψ придется повернуть анализатор (Рис.18 б).


Интерференцию поляризованных лучей можно получить с помощью двух поляроидов и анизотропного образца. Оптическая схема для наблюдения интерференции поляризованных лучей представлена на рис. 13. В указанной схеме когерентность волн обеспечивается первым поляроидом П: при выходе из первого поляроида свет становится линейно поляризованным, и его можно рассматривать как совокупность двух когерентных взаимно перпендикулярных компонент со сдвигом по фазе . Анизотропный образец вырезан так, чтобы оптическая ось была параллельна его передней грани. Если ось первого поляроида П не параллельна (или не перпендикулярна) оптической оси образца, то в последнем образуются обыкновенная и необыкновенная волны, между которыми при выходе из кристалла возникает оптическая разность хода Δ=d(ne-no). Однако эти лучи не обладают способностью интерферировать, т.к. колебания в них взаимно перпендикулярны.


С помощью второго поляроида А эти колебания приводятся к одному направлению. И если ось второго поляроида А не параллельна (или не перпендикулярна) оптической оси кристалла, возникает интерференционная картина. На рис.14 представлена векторная диаграмма сложения колебаний при интерференции поляризованных лучей для скрещенных (Рис.14а) и параллельных (Рис.14б) поляроидов. На рисунке приняты следующие обозначения:


П – направление колебаний, пропускаемых первым поляроидом, т.е. ось первого поляроида, А - ось второго поляроида, 00'- оптическая ось кристалла. Е - вектор-амплитуда колебаний, вышедших из первого поляроида, Е0 и Ee- амплитуды колебаний обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, E1 и E2 - амплитуды колебаний, вышедших из второго поляроида. В первом случае (Рис.14а) из второго поляроида выходят в одном направлении две когерентные волны со сдвигом по фазе δφ, равным


(3)

Во втором случае (Рис.14б)


(4)

Таким образом, при повороте одного из поляроидов на 90° цвета интерференционной картины должны замениться на дополнительные. Из векторной диаграммы (Рис.14) также видно, что при повороте поляроидов или кристаллической пластинки интерференционная картина несколько раз должна исчезать, когда ось поляроида будет параллельна или перпендикулярна оси кристалла. В этих случаях в кристалле возбуждается только одна волна (необыкновенная или обыкновенная), и интерференция исключается.

Интерференционная окраска зависит от разности фаз интерферирующих лучей. В случае интерференции поляризованных лучей она зависит от толщин образца, его оптической анизотропии Δn=ne-no и положения осей поляроидов. Хорошим материалом для демонстрации интерференции поляризованных лучей могут служить целлофановые пленки, закаленные стекла, прозрачные модели, подвергнутые деформации.

Интерференция поляризованных лучей является чувствительным индикатором оптической анизотропии вещества. Для точных измерений оптической анизотропии мелких кристаллов и исследований оптической индикатриссы используются поляризационные микроскопы.

Вращение плоcкoсти поляризации. Поляриметр.

Некоторые вещества (их называют оптически активными) обладают способностью поворачивать плоскость поляризации. В частности, естественной оптической активностью обладает водный раствор сахара. Поставим между двумя скрещенными поляроидами кювету с водным раствором сахара. Поле зрения просветлится. Чтобы вновь получить темноту, надо повернуть второй поляроид А (Рис.15) на такой угол Ψ, на какой сахар повернул плоскость поляризации.


Ψ=α l,· (5)

где α- постоянная вращения, зависит от сорта вещества, длины волны и температуры, l – длина образца. Оптическая активность растворов также зависит от концентрации в растворе оптически активного вещества:

Ψ=[α]·c·l (6),

где [α]- удельное вращение плоскости поляризации, c- концентрация оптически активного вещества, l - длина пути света в растворе.

Объяснение естественной оптической активности вещества было дано Френелем (1817 г.). Френель выдвинул гипотезу о существовании в оптически активных средах кругового двойного лучепреломления: зависимости показателя преломления, т.е. скорости распространения циркулярно поляризованного света, от направления круговой поляризации. Линейно поляризованная волна может быть представлена как совокупность двух циркулярно поляризованных волн, в оптически активной среде они будут распространяться с различными скоростями. При выходе из оптически активной среды между циркулярно поляризованными компонентами возникает сдвиг по фазе , где nп и nл - показатели преломления волн, поляризованных по кругу по часовой и против часовой стрелки, соответственно. Этот сдвиг по фазе приводит к повороту плоскости поляризации на угол (Рис.16). Если nп > nл, вектор Eл повернется на больший угол, что приведет к повороту плоскости поляризации против часовой стрелки.

Для измерения оптической активности веществ применяют полутеневые поляриметры. В поляриметрах используется способность человеческого глаза с большой точностью определять равенство освещенностей двух соседних полей зрения. С этой целью в поляриметрах применяются полутеневые устройства, назначение которых делить поле зрения прибора на две или три соприкасающиеся части, освещенности которых уравниваются поворотом анализатора.

В данной работе применяется полутеневой поляриметр, оптическая схема которого представлена на рис. 17. Основными частями установки являются поляризатор 4 и анализатор 7, изготовленные из поляроидной пленки. Свет, исходящий от источника - натриевой лампы 1, пройдя через светофильтр 2 (выделяющий линию λ = 589,3 нм), конденсорную линзу 3, поляризатор 4, одной частью пучка проходит через фазовую пластинку в полволны 5. Другая часть пучка при этом не попадает в фазовую пластинку. В дальнейшем обе части пучка проходят через кювету 6 с испытуемым раствором, анализатор 7, объектив 8, окуляр 9. За поляризатором помещено оранжевое защитное стекло. Оранжевое стекло и поляроиды подобраны так, чтобы максимум спектрального распределения светового потока приходился на желтую линию натрия.


Рис.17. Оптическая схема поляриметра (вид сверху)


Оптическая ось фазовой пластинки составляет небольшой угол α (5-7)° с осью поляризатора. Таким образом, поле зрения делится на две части. Через правую область поля зрения проходит линейно поляризованный свет, направление колебаний в котором E1 параллельно оси поляризатора. Линейно-поляризованный свет, проходящий через фазовую пластинку, испытывает в ней двойное лучепреломление. Как известно, фазовая пластинка в полволны вносит в колебания обыкновенной и необыкновенной волн сдвиг по фазе . В результате чего из нее выходит линейно поляризованный свет, но с колебаниями E2, повернутыми относительно E1 на угол, равный 2α (Рис.18 а).


Рис.18. Ориентация световых колебаний (а) при нулевом отсчете, оптически активное вещество отсутствует и (б) рабочем отсчете при наличии правовращающего оптически активного вещества.

Поворотом анализатора на угол α можно добиться выравнивания освещенностей обеих частей поля зрения. Из рисунка 18 а видно, что это будет иметь место в двух случаях, когда ось анализатора параллельна или перпендикулярна оптической оси ОО фазовой пластинки. Предпочтение следует отдать второму случаю, т.к. глаз более чувствителен к изменению малых интенсивностей. Положение анализатора во втором случае дает слабое освещение (полутень), причем оно будет тем слабее, чем меньше угол α. Таким образом, чем меньше угол α, тем точнее можно установить анализатор на равномерное освещение всего поля зрения.


Если между поляризатором и анализатором поместить трубку с оптически активным веществом, направление обоих векторов повернется на одинаковый угол Ψ в одну сторону, и части поля зрения станут освещенными неодинаково. Чтобы снова получить равномерную освещенность всего поля зрения, на этот же угол Ψ придется повернуть анализатор (Рис.18 б).


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?

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 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.


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.


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.


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".

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Читайте также: