Тема: Поляризация света

Тема: Поляризация света
Авторы: А.А. Кягова, А.Я. Потапенко
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
I. Свет естественный и поляризованный.
Закон Малюса
Е
В
В ЭМВ, испущенной отдельным (единичным) атомом,
векторы E и В перпендикулярны друг другу и лежат
в плоскости, перпендикулярной направлению
распространения волны
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
1
Е
показатель преломления
среды:
n
В
в диэлектриках:
μ =1
n
Т.е. ЭМВ взаимодействует с
диэлектриками только электрическим
полем
Плоско-поляризованная ЭМВ – это ЭМВ, в которой вектор
Е лежит в определенной плоскости
Такую световую волну излучает один ( единичный) атом
Плоскость поляризации – это плоскость, проходящая через
электрический вектор Е и направление распространения
световой волны
Естественный свет – это излучение ЭМВ от многих атомов
Естественный свет – совокупность ЭМВ, у которых
световые векторы Е ориентированы во всевозможных
(равноправных) плоскостях
Плоско-поляризованный свет – совокупность
ЭМВ, у которых световые векторы Е ориентированы
в одной (определенной) плоскости
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
2
Изображение света
Естественный свет
а)
б)
Е
Плоско-поляризованный
а)
б)
в)
Е
Частично-поляризованный – свет, состоящий из
поляризованной и неполяризованной составляющих
а)
Количество точек (черточек)
показывает степень поляризации
б)
в)
Степень поляризации – доля
интенсивности поляризованной
составляющей относительно полной
интенсивности света
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Поляризация света – это свойство света, которое
характеризуется пространственно-временной
упорядоченностью ориентации электрического
вектора Е
Поляризация света – это процесс получения поляризованного
света из естественного
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
3
Поляризатор – это устройство, позволяющее получить
поляризованный свет
Он пропускает составляющую Е на определенную плоскость
- главную плоскость поляризатора (Г.П.П.)
Г.П.П. проходит через оптическую ось поляризатора и
падающий луч, в ней лежат векторы Е после поляризатора
Главная плоскость
поляризатора
Естественный
свет
поляризованный
свет
Поляризатор
Интенсивность
естественного света
уменьшается в два раза
после прохождения через
поляризатор:
I2
I1
2
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Анализатор – это поляризатор, который
используют для анализа предварительно
поляризованного света
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
4
поляризованный
свет
Естественный
свет
поляризованный
свет
Поляризатор
Анализатор
Закон Малюса:
Интенсивность света
I, вышедшего из анализатора,
пропорциональна квадрату косинуса угла
плоскостями поляризатора и анализатора
I
между главными
I 0 cos2
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Поляризатор
Анализатор
=I0
900
Поляризатор
Анализатор
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
5
Закон Малюса:
видеодемонстрация
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Закон Малюса
(монитор компьютера)
видеодемонстрация
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
6
II. Явления, приводящие к поляризации
света
1. Отражение и преломление на границе двух диэлектриков
n1,n2
n2
n1
n1
n2
– показатели преломления сред
n21
– относительный показатель
преломления
При отражении света на границе 2-х диэлектриков
естественный свет частично поляризуется
В отраженном луче преобладают колебания,
перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном
– параллельные ей
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Закон Брюстера:
Если угол падения луча iб
удовлетворяет условию
tgi n ,
б
iб
n1
900 n2
21
то отраженный луч будет
полностью поляризован
iб – угол Брюстера (угол полной поляризации)
Преломленный луч всегда частично поляризован
Поляризатор – граница двух диэлектриков
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
7
Как работают поляризационные очки
видеодемонстрация
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
2. Двойное лучепреломление
Это раздвоение преломленного луча света при
попадании на некоторые анизотропные прозрачные
кристаллы (кварц, турмалин, исландский шпат)
Анизотропия - зависимость физических свойств
вещества (механических, электрических, оптических) от
направления
Изотропия - независимость физических свойств
вещества от направления
Анизотропная среда - среда, физические свойства
которой различны в различных направлениях
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
8
При двойном лучепреломлении образуются два луча:
а) Обыкновенный (для него законы преломления
выполняются)
б) Необыкновенный (законы преломления не выполняются)
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
Естественный
свет
е (необыкновенный луч)
О
кристалл
(обыкновенный луч)
Лучи О и e параллельны и
поляризованы во взаимноперпендикулярных плоскостях
Показатели преломления (ne и nо) среды для лучей О и e и
скорости их распространения различны
Оптическая ось кристалла – направление, вдоль которого нет
двойного лучепреломления
Главная плоскость кристалла – плоскость, проходящая через
оптическую ось кристалла и падающий луч
Колебания луча О – перпендикулярны главной плоскости
кристалла, а луча е – лежат в ее плоскости
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
9
Призма Николя (николь)
Николь – это призма из кристалла исландского шпата (CaCo3),
разрезанного по диагонали, и склеенного канадским бальзамом
Канадский бальзам
900
ne = 1,49
CaCO3
nO = 1,66
e
680
nбальзам = 1,53
О
полное внутреннее
отражение луча О
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
III. Вращение плоскости поляризации
оптически активными веществами
Оптически активное вещество – это вещество, которое
при прохождении через него поляризованного света
поворачивает плоскость поляризации этого света
Оптически
Активное
вещество
Поляризатор
Анализатор
- угол поворота в оптически активном веществе
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
10
Оптически
Активное
вещество
Поляризатор
Анализатор
- угол поворота в оптически активном веществе
Угол поворота в оптически активном твердом веществе:
=
l
0 – постоянная вращения
l – расстояние, пройденное светом в
оптически активном веществе
Угол поворота в растворах, содержащих опт. акт. вещество:
= [a0]Cl
l –толщина слоя раствора
0 – удельное вращение, зависит от длины
волны, t, свойств среды
С –концентрация опт. активного вещества
[
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
IV. Применение поляризованного света
Поляризационные очки (поляроиды) – позволяют убрать
“блики” (поляризованный свет, отраженный от
поверхности воды)
Поляриметрия – определение концентрации оптически
активных веществ (например, сахара)
Оценка фотоупругости
Фотоупругость – явление возникновения оптической
анизотропии в первоначально изотропных материалах
под действием механических нагрузок
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
11
Фотоупругость
видеодемонстрация
© ГОУ ВПО РГМУ Росздрава
12