Способы получения поляризованного света кратко
Обновлено: 05.07.2024
Перейдем к рассмотрению способов получения поляризованного света. Свет, испускаемый различными источниками, в частности раскаленными твердыми телами или светящимися газами,
обычно естественный. Это объясняется тем, что элементарные источники света — атомы и молекулы — движутся беспорядочно и испускаемые ими световые волны имеют всевозможные направления колебаний вектора Поэтому необходимо найти способы выделения поляризованного света из естественного. Перечислим важнейшие из них.
1. Поляризация при отражении и преломлении. Если естественный свет (рис; IV.33, а) падает на отражающую поверхность диэлектрика (стекла, слюды и т. п.) под углом а, удовлетворяющим условию Брюстера:
то отраженная волна оказывается плоскополяризованной показатель преломления).
При Соблюдении условия (1.27) отраженный луч оказывается перпендикулярным преломленному лучу . У отраженной волны вектор перпендикулярен плоскости падения, поэтому в преломленной (прошедшей во вторую среду) волне энергия колебаний в плоскости падения будет больше, чем в перпендикулярной плоскости, и волна частично поляризована.
2. Поляризация при двойном лучепреломлении в кристаллах; призма Николя. При преломлении света на границе оптически анизотропных сред, например кристаллов, естественный луч расщепляется на два луча (обыкновенный и необыкновенный), поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. IV.34, а).
Углы в призме подобраны так, чтобы обыкновенный луч на поверхности канадского бальзама испытал полное внутреннее отражение. При помощи этой призмы естественная световая волна разделяется на две плоскополяризованные волны, содержащие почти по 50% падающей энергии (потери в призме невелики). Допустим теперь, что на призму падает плоскополяризованная волна. На рис. IV.35 изображена входная грань призмы; луч падает в точку О перпендикулярно плоскости чертежа. Вектор падающей волны следует разложить на две составляющие: . Вектор перпендикулярен оптической оси и соответствующий ей луч — обыкновенный; вектор Ее лежит в главной плоскости и принадлежит необыкновенному лучу. Очевидно, если то и падающий луч является для призмы необыкновенным; он пройдет без двойного лучепреломления. При падающий луч является для призмы обыкновенным и отразится от границы с канадским бальзамом; в этом случае через призму в прямом направлении свет не проходит. Если же а имеет промежуточною значения, то через поляризатор проходит только составляющая Так как энергия электромагнитной волны пропорциональна квадрату электрического вектора, то и поэтому прошедший через поляризатор
необыкновенный луч содержит энергию
где энергия волны, поступающей в поляризатор. Следовательно, если плоскополяризованный свет пропускается через поляризатор, то прошедшая через него энергия пропорциональна квадрату косинуса угла между вектором поступающего излучения и оптической осью поляризатора (закон Малюса).
Степень поляризации (степень выделения световых волн с определенной ориентацией электрического (и магнитного) вектора) зависит от угла падения лучей и показателя преломления.
2. пропускание света сквозь анизотропную среду.
Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый - обыкновенного (о).
3. поляризаторы
Типичным представителем поляризационных призм является призма Ннколь*, называемая часто ни́колем. Призма Николя.
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.
Свет представляет собой электромагнитные волны в видимом диапазоне длин волн λ = 0,38 - 0,76 мкм, распространяющиеся от источника света в различных направлениях по прямым – лучам.Электромагнитной волной является распространяющееся с конечной скоростью в пространстве электромагнитное поле, представляющее собой совокупность взаимосвязанных электрического Е и магнитного Н полей, взаимно перпендикулярных между собой и скоростью распространения u (рис. 1). Взаимная перпендикулярность векторов Е, Н и u означает поперечность электромагнитной волны.
Задание направления распространения волны и одного из векторов напряженности, например, Е, однозначно определяет направление другого (Н). Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован относительно u.
Процесс поляризации состоит в том, что колебания вектора Е ( и Н) принимают упорядоченный характер – они происходят в неизменных плоскостях. В силу того, что различные виды воздействия света на вещество (физиологическое, химическое и др.) обусловлено главным образом колебаниями электрического вектора Е, все рассуждения при рассмотрении поляризации ведут относительно вектора Е. Эксперименты подтвердили, что на сетчатку глаза или эмульсию фотопленки действует именно электрическое поле Е волны.
Свет, в котором направления колебания светового вектора Е каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.
Различают следующие виды поляризации света:
В поляризованном свете такой симметрии нет. Поляризованным называется свет в котором направление колебаний упорядочено каким-либо образом.
Линейно поляризованным или плоскополяризованным называется свет, в котором вектор Е имеет одно единственное направление колебаний (рис. 2). Плоскость, проходящуючерез вектор Е и направление распространения волны называют плоскостью поляризации (по старой терминологии- плоскостью колебаний).
Если по мере распространения света направление колебаний вектора Е поворачивается так, что конец вектора Е описывает эллипс, то такой свет называется эллиптически поляризованным (рис. 3). В частном случае, когда конец вектора Е описывает окружность, свет называется поляризованным по кругу.
1) линейная (плоская) – когда колебания светового вектора Е происходят в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной к лучу. Плоскость колебаний вектора Е называется плоскостью поляризациисвета;
2) круговая (циркулярная) поляризация – когда конец светового вектора Е описывает окружность в плоскости, перпендикулярной к лучу;
3) эллиптическая– когда конец светового вектора Е описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной к лучу.
В общем случае проекционная картина полностью поляризованного света на плоскость, перпендикулярную лучу, имеет вид эллипса с правым или левым направлением вращения вектора Е во времени (соответственно по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу лучу). Линейная и круговая поляризации являются предельными случаями, когда эллипс поляризации вырождается соответственно в прямую линию или в окружность.
Естественные источники света испускают неполяризованный, или естественный, свет. Направление колебаний светового вектора Ев естественном свете быстро и совершенно хаотически меняется с течением времени, хотя все время остается перпендикулярным к лучу. Это связано с тем, что любой естественный источник света состоит из огромного числа элементарных излучателей – атомов и молекул, акты испускания света каждым из них кратковременны, случайны и хаотичны. И хотя любой из элементарных излучателей в каждом акте излучения испускает поляризованный свет, в общем излучении источника света ориентация светового вектора Е хаотична.
Свет может быть частично поляризованным – когда он имеет предпочтительное направление колебаний светового вектора Е. Большинство искусственных источников света дают частично поляризованный свет. Например, вольфрамовая нить электролампы излучает свет, поляризованный на 15-20 %, ртутная лампа – на 5-8 %, люминесцентные лампы излучают сильно поляризованный свет. Глаз человека не отличает поляризованный свет от неполяризованного.
Поляризация естественного света может происходить при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред, при рассеянии света, при прохождении через анизотропную среду. Анизотропной называется среда, физические свойства которой различны в разных направлениях. Естественную анизотропию имеют все прозрачные для света кристаллы с любой кристаллической структурой, кроме кубической.
Для получения поляризованного света используют различные способы: отражение и преломление света на поверхности диэлектрика, прохождение света через поляризатор.
Линейно поляризованный свет можно также получить, пропустив естественный свет через поляроид, который пропускает колебания электрического вектора только одного направления. Поляроиды представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки, служащие для получения поляризованного света. Наиболее распространенным материалом для приготовления поляроидов является герапатит, представляющий собой соединение йода с хинином. Этот материал вводят в целлулоидную или желатиновую пленку. В ней кристаллы герапатита каким-либо способом (обычно механически) ориентируются своими осями в одном и том же направлении. Полученное вещество поглощает световые колебания одного из двух взаимно перпендикулярных направлений. Существуют и другие способы получения поляризованного света (например, используя явление двойного лучепреломления, рассеяния света).
Всякий прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором. Таким образом некоторые кристаллы или поляроиды могут служить и поляризаторами и анализаторами.
В современном мире любое применение должно обосновываться экономической эффективностью, удобством, простотой. Поляризация света все чаще встречается в жизни человека. На ее основе работает большинство приборов и устройств.
Что такое поляризация света
Термин поляризации дает оценку поперечных волн. Представляет состояние вектора колеблющейся величины в плоскости, поперечной направленности распространения волны.
Если тенденции колебаний светового вектора упорядочены, то освещение именуется поляризованным.
Колебания одинаковой частоты электромагнитных излучений могут иметь поляризирование:
- Линейную. Она перпендикулярно направлена распространению волны.
- Круговую. В связи с тенденцией верчения вектора индукции, поляризация правая либо левая.
- Эллиптическую. Возникает в промежутке с круговой и линейной поляризациями.
Линейная Круговая Эллиптическая
Кто открыл явление и что оно доказывает
В первый раз эксперименты согласно поляризации света поставлены в 1690 г Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча.
Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.
В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность прошедшего луча, изменяется от альфа угла между осями по закону Малюса и выражается:
Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.
Откуда берется
Световой поток, который попадает в наше окружение, в основном неполяризован. Излучение от солнца, лампочек – свет, где вектор колеблется в разных направлениях. Если работа за компьютером и монитор жидкокристаллический, то в нем поляризованный источник.
Чтобы видеть поляризованный свет, надо естественный поток пропустить через анизотропную сферу. Она и есть поляризатор, который отрезает ненужные направления колебаний, сохраняя одно.
Анизотропная сфера – среда, которая обладает различными свойствами в зависимости от направленности внутри нее.
В числе поляризаторов применяются кристаллы. Одним из природных, часто применяемых – турмалин.
Еще методом извлечения поляризованного потока излучения является отражение с диэлектрика. Если луч опускается в рубеж области 2-ух сфер, поток делится на отображенный и надломленный. Лучи получаются отчасти поляризованными, при этом степень поляризации находится в зависимости от угла падения.
Как получить
Таким образом получить поляризование светового потока можно тремя способами:
- Отражением от диэлектриков. Где степень зависит от угла падения и степени преломления.
- Пропустить поток сияния через анизотропную среду. Луч, направленный на толстый кристалл, получит параллельное разъединение на выходе.
- Поляризатор (призма Николя).
Рекомендуем посмотреть видео на тему “Закон Малюса”.
Практическое применение явления поляризации света
Поляризование света интересно не только с научной точки зрения. Она нашла широкое применение на практике. Примеры применения:
- 3Д кинематография;
- очки от солнца с поляризацией – защищают глаза от отблесков солнца от воды и света фар встречных авто;
- фототехника – фильтры поляризационные;
- поляроиды применяются в геофизике при изучении свойств облака, при фотографировании затуманенных мест;
- поляриметры применимы в медицине при определении концентрации сахара в крови, при этом используется угол поворота плоскости поляризации.
В заключение
Поляризация света — природное явление не очень сложное для понимания человеком. Поэтому она находит широкое применение в человеческой деятельности.
Интересные факты? Оставьте комментарий, поделитесь статьей с друзьями в соцсетях.
Читайте также: