Penyerapan cahaya. Efek Cherenkov-Vavilov

1. Gelombang cahaya transversal dan jenis polarisasi cahaya

1.1. Polarisasi linier

1.2. Cahaya terpolarisasi sebagian. Derajat polarisasi

1.3. Polarisasi elips dan melingkar

2. Hukum Malus

3. Polarisasi cahaya pada refleksi. hukum Brewster

4. Elemen optik kristal. pembiasan ganda

5. Anisotropi adalah penyebab birefringence

6. Dikroisme

7. Prisma Nicolas

8. Birefringence buatan

9. Rotasi bidang polarisasi. Polarimetri

10. Penerapan polarisasi: monitor LCD

11. Gangguan cahaya terpolarisasi

12. Fenomena dispersi cahaya. dispersi materi. Dispersi normal dan tidak normal

13. Teori dispersi Lorentz. Hubungan antara penyerapan cahaya dan dispersi anomali

14. Penyerapan cahaya. Hukum Bouguer

15. Efek Cherenkov-Vavilov

1. Gelombang cahaya transversal dan jenis polarisasi cahaya

Konsekuensi dari teori Maxwell adalah transversitas gelombang cahaya: vektor intensitas medan listrik dan magnet gelombang saling tegak lurus dan berosilasi tegak lurus terhadap vektor kecepatan rambat gelombang (Gbr. 19.1). Ketika mempertimbangkan polarisasi, biasanya semua penalaran dikaitkan dengan bidang osilasi vektor kekuatan medan listrik - vektor cahaya, karena efek kimia, fisiologis, dan jenis lain dari cahaya pada suatu zat terutama disebabkan oleh osilasi listrik.

Gelombang elektromagnetik dari emitor elementer yang terpisah (atom, molekul) selalu terpolarisasi. Dalam cahaya yang dipancarkan oleh sumber biasa, ada osilasi yang terjadi di berbagai arah tegak lurus terhadap sinar. Dalam gelombang cahaya yang memancar dari berbagai pemancar elementer (atom), vektormemiliki orientasi yang berbeda, dan semua orientasi ini memiliki kemungkinan yang sama, yang disebabkan oleh banyaknya emisi atom. Cahaya ini disebut alami, atau tidak terpolarisasi(gbr.19.2) .

1.1. Polarisasi linier

Cahaya disebut terpolarisasi linier (atau bidang) jika osilasi intensitas cahaya medan listrik terjadi pada satu bidang (bidang OXY pada Gambar 19.1). Cahaya terpolarisasi bidang dapat diperoleh dari cahaya alami menggunakan perangkat yang disebut polarizer(gbr.19.3). Perangkat ini secara bebas mentransmisikan getaran sejajar dengan bidang, yang disebut bidang utama polarizer, dan benar-benar menghentikan getaran tegak lurus bidang ini. Aksi polaroid dapat diilustrasikan pada model mekanis (Gbr. 19.4): gelombang transversal elastis yang merambat di sepanjang kabel melewati tanpa hambatan jika celah di penghalang berorientasi dengan cara yang sama seperti bidang osilasi. Jika bidang osilasi tegak lurus terhadap celah, tidak akan ada osilasi di belakang penghalang. Hal yang sama untuk gelombang elektromagnetik (Gbr. 19.5). Menggunakan polarizer (polaroid) dari seberkas cahaya alami, Anda dapat memilih bagian di mana: fluktuasi vektor https://pandia.ru/text/78/081/images/image007_14.png" width="577" height="345">
Bidang di mana vektor cahaya berosilasi (yaitu, vektor kekuatan medan listrik https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17" height="23 src="> , dan bidang yang tegak lurus terhadapnya (lihat Gambar 19.1).

Cahaya alami dapat dianggap sebagai superposisi dari dua kacau gelombang dengan intensitas yang sama, terpolarisasi linier pada bidang yang saling tegak lurus (Gbr. 19.6). Dari sini kita mendapatkan bahwa, melewati polaroid ideal, cahaya alami dilemahkan setengahnya:

1.2. Cahaya terpolarisasi sebagian. Derajat polarisasi

Ketika cahaya alami melewati polaroid non-ideal, cahaya menjadi terpolarisasi sebagian, yaitu vektor cahaya berosilasi ke segala arah yang mungkin, tetapi ada arah osilasi yang dominan. Cahaya terpolarisasi sebagian dapat direpresentasikan sebagai superposisi sinar alami dan terpolarisasi linier (Gbr. 19.7, a), atau sebagai superposisi dari dua sinar terpolarisasi linier yang tidak koheren dengan intensitas berbeda dalam bidang yang saling tegak lurus (Gbr. 19.7, b).

Mari kita menempatkan penganalisis polaroid yang ideal di jalur cahaya terpolarisasi sebagian. Jika bidang utamanya sejajar dengan bidang osilasi komponen terpolarisasi (Gbr. 19.7, a), maka ia akan melewati penganalisis. Setengah dari intensitas cahaya alami yang tidak terpolarisasi juga akan lewat (19.1). Pada keluaran penganalisa, intensitas cahaya akan maksimum dan sama dengan:

.

Memutar bidang utama penganalisis pada sudut 900, kami memperoleh intensitas minimum pada output, karena komponen terpolarisasi tidak akan lewat:

Derajat polarisasi R cahaya terpolarisasi sebagian disebut

, (19.2)

Derajat polarisasi dengan demikian menunjukkan proporsi komponen terpolarisasi terhadap intensitas cahaya total.

1.3. Polarisasi elips dan melingkar

Pertimbangkan dua gelombang cahaya terpolarisasi bidang koheren yang merambat sepanjang sumbu x, yang bidang getarannya saling tegak lurus. Biarkan osilasi dalam satu gelombang terjadi di sepanjang sumbu kamu, di detik - di sepanjang sumbu z(gbr.19.8). Proyeksi vektor cahaya gelombang ini pada sumbu yang sesuai berubah sesuai dengan hukum:

(19.3)

Nilai https://pandia.ru/text/78/081/images/image018_7.png" width="27 height=29" height="29"> adalah koordinat ujung vektor cahaya yang dihasilkan. Tidak termasuk variabel t, kita mendapatkan:

. (19.4)

Secara umum, ini adalah persamaan elips. jadi dua koheren gelombang cahaya terpolarisasi bidang, bidang osilasi yang saling tegak lurus, ketika ditumpangkan satu sama lain, memberikan gelombang di mana vektor cahaya (vektor ) berubah terhadap waktu sehingga ujungnya menggambarkan elips. Cahaya ini disebut terpolarisasi elips.

https://pandia.ru/text/78/081/images/image021_6.png" width="59" height="19"> elips berdegenerasi menjadi garis lurus, dan diperoleh cahaya terpolarisasi bidang..png" lebar ="17" height="23 src="> membedakan kanan dan kiri polarisasi elips dan lingkaran. Pada Gambar 19.8, polarisasi kiri (ujung vektor berputar searah jarum jam bila dilihat ke arah balok), dan pada 19.9 dan 19.10 itu benar.

2. Hukum Malus

Mari kita letakkan dua polarizer di jalur berkas alami, bidang utama yang membentuk sudut (Gbr. 19.11). Ketika polarisator berputar di sekitar arah sinar alami, intensitas cahaya terpolarisasi bidang yang ditransmisikan tetap sama, hanya orientasi bidang osilasi cahaya yang meninggalkan perangkat berubah.

Biarlah E 0 – amplitudo osilasi insiden gelombang pada alat analisa. Mari kita dekomposisi osilasi ini menjadi dua yang saling tegak lurus, terjadi pada fase yang sama, dengan amplitudo: https://pandia.ru/text/78/081/images/image025_5.png" width="28" height="25 src= " > – tegak lurus terhadapnya (Gbr.19.11).

; (19.5)

https://pandia.ru/text/78/081/images/image028_6.png" width="13" height="19 src=">~, jadi dari (19.5) kita mendapatkan:

atau untuk intensitas Saya melewati gelombang analyzer:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image032_7.png" width="618" height="385">
Saya0 – intensitas insiden gelombang terpolarisasi linier pada penganalisis, φ adalah sudut antara bidang utama penganalisis dan bidang osilasi datangnya gelombang pada penganalisis.

Atau: φ adalah sudut antara bidang utama polarizer dan analyzer. Relasi (19.6) disebut Hukum Malus.

Dalam cahaya alami, semua nilai memiliki kemungkinan yang sama. Oleh karena itu, fraksi cahaya yang melewati polarizer akan sama dengan nilai rata-rata , yaitu (lihat (19.1)):

Intensitas cahaya yang keluar dari kedua polarisator (penganalisis) adalah sama dengan:

. (19.7)

Ketika alat analisa diputar (Gbr.19..png" width="43" height="20 src="> at Relative indices" href="/text/category/otnositelmznie_pokazateli/" rel="bookmark"> indeks bias relatif dari dua media Fisikawan Skotlandia D. Brewster, yang menyelidiki fenomena polarisasi cahaya, pada tahun 1815 menetapkan hubungan antara indeks bias relatif dielektrik https://pandia.ru/text/78/081/images/image041_5. png" width="20" height="25"> (Sudut Brewster) di mana sinar pantul terpolarisasi penuh:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image043_6.png" width="123" height="52 src=">. (19.8)

Jika cahaya datang pada antarmuka antara dua dielektrik pada sudut Brewster, didefinisikan oleh relasi (19.8), maka sinar pantul terpolarisasi linier sepenuhnya, dan sinar bias akan terpolarisasi sebagian, tetapi secara maksimal dibandingkan dengan sudut datang lainnya (Gbr. 19.13). Dalam hal ini sinar pantul dan sinar bias saling tegak lurus.

Mari kita tuliskan hukum pembiasan:

. (19.9)

Dari (19.8) berikut ini:

Bandingkan dengan (19.9) dan dapatkan

https://pandia.ru/text/78/081/images/image047_5.png" width="100" height="32 src=">,

maka sinar yang dibiaskan tegak lurus terhadap sinar yang dipantulkan (Gbr. 19.13).

Untuk menjelaskan mengapa sinar yang dipantulkan pada kejadian di sudut Brewster terpolarisasi linier, kita memperhitungkan bahwa cahaya yang dipantulkan adalah hasil pancaran gelombang sekunder oleh muatan (elektron) dalam medium kedua, yang berosilasi di bawah aksi medan listrik gelombang datang. Osilasi ini terjadi dalam arah osilasi gelombang datang.

Mari kita uraikan vektor osilasi pada medium kedua menjadi dua osilasi yang saling tegak lurus: pada Gambar 19.13 osilasi pada bidang datang ditunjukkan oleh panah (↔), tegak lurus - dengan titik ( ∙ ). Dalam kasus cahaya yang jatuh pada sudut Brewster, sinar pantul tegak lurus terhadap sinar yang dibiaskan, dan oleh karena itu sejajar dengan osilasi komponen pertama (↔). Dari teori elektromagnetik Maxwell diketahui bahwa muatan listrik yang berosilasi tidak memancarkan gelombang elektromagnetik sepanjang arah geraknya. Oleh karena itu, emitor tipe (↔) yang berosilasi dalam dielektrik tidak memancar sepanjang berkas pantul. Jadi, dalam arah sinar yang dipantulkan, cahaya merambat, dikirim oleh emitor jenis ( ∙ ), yang arah getarannya tegak lurus terhadap bidang datang.

4. Elemen optik kristal. pembiasan ganda

Ketika cahaya melewati beberapa kristal, berkas cahaya dibagi menjadi dua berkas (Gbr. 19.14 dan 19.15). Fenomena ini disebut birefringence, diamati pada tahun 1670 oleh Erasmus Bartholomin untuk spar Islandia (sejenis kalsium karbonat, CaCO3). Dengan pembiasan ganda, salah satu sinar memenuhi hukum bias biasa dan terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang dan normal. Balok ini disebut biasa dan ditunjukkan dalam gambar dengan huruf "o". Untuk balok lain yang disebut luar biasa(biasanya dilambangkan dengan huruf "e"), rasio tidak tetap konstan ketika mengubah sudut datang. Bahkan dengan kejadian normal, sinar luar biasa, secara umum, menyimpang dari arah aslinya (Gbr. 19.15). Selain itu, sinar luar biasa biasanya tidak terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang dan normal terhadap permukaan bias.
Fenomena birefringence diamati untuk semua kristal transparan, dengan pengecualian yang termasuk dalam sistem kubik.

Yang disebut kristal uniaksial memiliki arah di mana sinar biasa dan luar biasa merambat tanpa pemisahan dan pada kecepatan yang sama. Arah ini disebut sumbu optik kristal. Harus diingat bahwa sumbu optik bukanlah garis lurus yang melewati beberapa titik kristal, tetapi arah tertentu dalam kristal. Setiap garis lurus yang sejajar dengan arah ini adalah sumbu optik kristal.

Setiap bidang yang melalui sumbu optik disebut bagian utama atau bidang utama kristal. Biasanya menggunakan bagian utama yang melewati berkas cahaya.

Kedua balok, biasa dan luar biasa, sepenuhnya terpolarisasi dalam arah yang saling tegak lurus (lihat Gambar 19.15). Bidang osilasi balok biasa tegak lurus terhadap bagian utama kristal. Pada sinar luar biasa, osilasi vektor terjadi pada bidang yang bertepatan dengan bagian utama.

5. Anisotropi adalah penyebab birefringence

Birefringence dijelaskan oleh anisotropi kristal. Dalam kristal sistem non-kubik, ketergantungan pada arah vektor medan listrik diungkapkan, khususnya, oleh permitivitas ..png" width="20 height=28" height="28"> dan, dengan demikian Di arah lain, memiliki nilai antara.

Sejauh

, (19.10)

kemudian dari anisotropi ε berikut inigelombang elektromagnetik dengan arah osilasi vektor yang berbeda https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17" height="23 src=">.

Dalam berkas biasa, osilasi dari vektor cahaya terjadi dalam arah tegak lurus ke bagian utama kristal (dalam Gambar 19.15 dan 19.16, osilasi ini ditunjukkan oleh titik-titik pada balok yang sesuai). Oleh karena itu, untuk setiap arah balok biasa (dalam Gbr.3..png" width="82" height="53">. (19.11)

Menggambarkan kecepatan biasa balok dalam bentuk segmen yang diletakkan dalam arah yang berbeda, kita mendapatkan permukaan bola. Bayangkan sebuah titik ditempatkan pada titik 0 kristal. Kemudian bola yang kami buat akan menjadi permukaan gelombang sinar biasa dalam kristal.

fluktuasi dalam luar biasa balok dibuat di bagian utama. Oleh karena itu, untuk sinar yang berbeda, arah osilasi vektor (dalam Gambar 19.16 arah ini ditunjukkan oleh panah dua sisi) membentuk sudut yang berbeda dengan sumbu optik. Untuk balok 1, sudutnya adalah /2, sehingga kecepatannya adalah

untuk balok 2 sudutnya nol dan kecepatannya adalah

Untuk balok 3, kecepatan memiliki nilai antara:

Dengan demikian, permukaan gelombang sinar luar biasa adalah elipsoid revolusi. Pada titik perpotongan dengan sumbu optik kristal, bola dan ellipsoid bersentuhan - dalam arah ini, kecepatan kedua sinar adalah sama.

Tergantung pada kecepatan mana, atau https://pandia.ru/text/78/081/images/image060_3.png" width="60" height="25"> ().

Untuk kristal negatif (Gbr. 19.17)

Dengan menggunakan permukaan gelombang pada Gambar 19.17, adalah mungkin untuk membangun muka gelombang untuk sinar biasa dan sinar luar biasa dalam kristal dengan insidensi normal berkas pada permukaan kristal (Gambar 19.18). Prinsip Huygens digunakan: titik-titik kristal, tempat gelombang jatuh, adalah sumber gelombang itu sendiri. Posisi baru muka gelombang adalah selubung dari muka gelombang sekunder. Arah berkas diperoleh dengan titik kontak antara bagian depan gelombang sekunder dan selubung.

6. dikroisme

Ada kristal birefringen di mana salah satu sinar, misalnya, yang biasa, diserap dalam rentang panjang gelombang tertentu jauh lebih kuat daripada yang lain. Ketergantungan penyerapan cahaya pada polarisasinya disebut dichroism. Itu adalah fenomena dichroism yang memungkinkan dalam praktiknya untuk dengan mudah mendapatkan dan menggunakan cahaya terpolarisasi linier secara luas.

Kristal turmalin memiliki dichroism yang sangat kuat dalam sinar tampak. Di dalamnya, sinar biasa hampir sepenuhnya diserap dengan panjang 1 mm. Polarizer dichroic berdasarkan pelat turmalin kristal tunggal belum menemukan aplikasi yang luas, terutama karena kesulitan yang terkait dengan mendapatkan kristal dengan ukuran yang dibutuhkan.

Variasi lain dari polarizer dichroic ternyata lebih populer - yang disebut film polaroid, ditemukan pada tahun 1920-an. Ini adalah film polimer anisotropik yang diresapi dengan molekul anisotropik atau mikrokristal. Jika film polimer yang terdiri dari makromolekul polimer memanjang linier yang sangat panjang dalam keadaan dipanaskan dan dilunakkan mengalami peregangan mekanis, maka molekul polimer mengarahkan sumbu panjangnya sepanjang arah peregangan dan film menjadi anisotropik. Jika, dalam hal ini, suatu zat dilarutkan dalam polimer, yang molekul-molekulnya berbentuk anisotropik dan memiliki dikroisme tinggi, misalnya, mikrokristal herapatit berbentuk jarum (garam yodium dan kina), maka urutan, berorientasi matriks molekul polimer juga mengarahkan molekul pengotor. Dalam kristal ini, salah satu sinar diserap sepanjang jalur sekitar 0,1 mm.

Dengan cara ini, polaroid berkualitas tinggi dan ukuran yang cukup besar diproduksi, dirancang untuk wilayah spektral yang luas (misalnya, untuk seluruh rentang panjang gelombang yang terlihat). Mereka cukup murah untuk produksi massal, dan banyak aplikasi praktis dari polarisasi cahaya disebabkan oleh mereka.

7. Prisma Nicolas

Birefringence digunakan dalam desain prisma Nicol (Gbr. 19.19) - perangkat untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi linier dengan polarisasi tingkat tinggi. Itu direkatkan dari dua prisma spar Islandia yang identik. Interlayer di antara mereka adalah balsam Kanada, resin tidak berwarna dengan transparansi tinggi. Nilai indeks bias balsam Kanada () terletak di antara nilai indeks bias spar untuk sinar biasa () dan luar biasa ():

.

Cahaya alami yang tidak terpolarisasi, jatuh di muka depan prisma, dibagi menjadi dua sinar terpolarisasi linier - biasa dan luar biasa. Sebuah balok biasa, yang dibiaskan lebih kuat, jatuh pada lapisan balsem pada sudut yang lebih besar dari sudut pantul internal total, sepenuhnya dipantulkan dari lapisan balsem dan tidak melewati prisma kedua, diserap pada sisi muka yang menghitam dari prisma. Sinar kedua, yang luar biasa, tidak dapat mengalami refleksi total pada antarmuka ini sama sekali, karena ia berpindah dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat secara optik (DIV_ADBLOCK36">

8. Birefringence buatan

Birefringence dapat terjadi pada benda isotropik transparan, serta dalam kristal sistem kubik di bawah pengaruh berbagai pengaruh: listrik seragam yang kuat (efek Kerr) atau medan magnet, serta deformasi mekanis benda. Perbedaan antara indeks bias sinar biasa dan sinar luar biasa dapat digunakan sebagai ukuran anisotropi optik yang muncul. Pengalaman menunjukkan bahwa perbedaan ini sebanding dengan kuadrat kekuatan medan (listrik atau magnet):

;

,

atau tekanan mekanis σ pada titik tertentu pada tubuh (yaitu, gaya per satuan luas):

. (19.12)

Letakkan piring kaca Q di antara polarisasi silang R dan R"(gbr.19.20). Selama kaca tidak berubah bentuk, sistem seperti itu tidak mentransmisikan cahaya. Jika kaca mengalami deformasi (misalnya, kompresi sepihak), cahaya mulai melewati sistem, dan pola yang diamati pada sinar yang ditransmisikan akan digores dengan pita berwarna. Setiap pita tersebut sesuai dengan tempat yang sama-sama cacat di piring. Akibatnya, berdasarkan sifat susunan strip, seseorang dapat menilai distribusi tegangan di dalam pelat.

Berdasarkan birefringence buatanmetode optik untuk mempelajari tegangan sedang dikembangkan. Terbuat dari bahan isotropik transparan (misalnya, seluloid atau kaca plexiglass), model dari beberapa bagian atau struktur ditempatkan di antara polarizer yang bersilangan. Model dikenai beban yang serupa dengan yang akan dialami oleh produk itu sendiri. Gambar yang diamati dalam kasus ini dalam cahaya putih yang ditransmisikan memungkinkan untuk menentukan distribusi tegangan, serta untuk menilai besarnya (Gbr. 19.21, a). Terjadinya anisotropi optik dalam benda transparan di bawah beban disebut fotoelastisitas.

Objek penelitian dapat berupa penggaris plastik transparan, piring, dll. (Gbr. 19.21, b dan c). Jika dilihat dalam polaroid silang, pola warna yang indah dapat diamati. Pola-pola ini cenderung menebal di dekat sudut dan tepi, jahitan dan lubang di mana ada tegangan sisa.

9. Rotasi bidang polarisasi. Polarimetri

Di antara fenomena yang muncul selama interaksi cahaya dengan materi, tempat penting, baik secara prinsip maupun dalam praktik, ditempati oleh fenomena yang ditemukan oleh D. Arago pada tahun 1811 ketika mempelajari birefringence dalam kuarsa: ketika cahaya terpolarisasi melewati zat tertentu, rotasi bidang polarisasi(gbr.19.22).

Zat yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya disebut optis aktif.. Ini termasuk badan kristal (kuarsa, cinnabar, dll.), cairan murni (terpentin, nikotin, dll.) Dan larutan zat tertentu (larutan air gula, glukosa, asam tartarat, dll.). Pengukuran rotasi bidang polarisasi telah menjadi teknik analisis yang populer di sejumlah bidang industri.

Zat kristal, seperti kuarsa, paling sering memutar bidang polarisasi ketika cahaya merambat di sepanjang sumbu optik kristal. Sudut rotasi sebanding dengan lintasan aku dilewatkan oleh berkas dalam kristal:

. (19.13)

Koefisien disebut rotasi konstan.

Untuk solusi, J. Biot (1831) menemukan pola berikut: sudut rotasi bidang polarisasi sebanding dengan lintasan aku balok dalam larutan dan konsentrasi Dengan zat aktif dalam larutan:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image082_4.png" width="27" height="24 src="> – rotasi spesifik. Ini mencirikan sifat zat, tergantung pada sifat zat dan suhu. Rotasi spesifik berbanding terbalik dengan kuadrat panjang gelombang: ~, oleh karena itu, ketika cahaya terpolarisasi dilewatkan melalui larutan zat aktif optik, bidang polarisasi gelombang dengan panjang yang berbeda akan berputar melalui sudut yang berbeda. Bergantung pada posisi penganalisis, berkas warna berbeda melewatinya. Fenomena ini disebut dispersi rotasi.

Pada 20°C dan =589 nm, putaran spesifik gula adalah: . Konstanta rotasi kuarsa untuk sinar kuning (λ=589 nm): =21,7 deg/mm, dan untuk ungu (λ=404,7 nm) =48,9 deg/mm.

Penelitian telah menunjukkan bahwa penjelasan tentang fenomena rotasi bidang polarisasi cahaya pada zat aktif alami dapat diperoleh dengan mempertimbangkan masalah umum interaksi gelombang cahaya elektromagnetik dengan molekul atau atom zat, jika hanya ukurannya yang terbatas. molekul dan strukturnya diperhitungkan. Tugas ini sangat sulit. Pada suatu waktu, O. Fresnel (1817) menyajikan deskripsi fenomena ini, mereduksinya menjadi jenis birefringence khusus. Alasan Fresnel didasarkan pada hipotesis bahwa kecepatan rambat cahaya dalam zat aktif berbeda untuk gelombang terpolarisasi sepanjang lingkaran kiri dan kanan. Mari kita bayangkan gelombang terpolarisasi bidang sebagai superposisi dua gelombang terpolarisasi dalam lingkaran ke kanan dan ke kiri dengan amplitudo dan periode yang sama. Jika kedua vektor dan https://pandia.ru/text/78/081/images/image088_3.png" align="left" width="298" height="290">Jika kecepatan rambat kedua gelombang bukan sama, kemudian saat melewati zat, salah satu vektor, atau https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17 height=23" height="23"> , akan berputar relatif terhadap bidang aslinya R(Gbr. 19.23, 6).

Perbedaan kecepatan cahaya dengan arah polarisasi sirkular yang berbeda disebabkan oleh asimetri molekul (Gbr. 19.24, a), atau susunan atom dalam kristal yang asimetris (Gbr. 19.24, b). Molekul (kristal) yang ditunjukkan di sebelah kanan adalah bayangan cermin dari molekul (kristal) yang ditunjukkan di sebelah kiri. Mereka tidak memiliki pusat simetri maupun bidang simetri, dan mereka tidak dapat digabungkan secara spasial satu sama lain dengan rotasi dan perpindahan apa pun. Sifat fisik dan kimia isomer optik murni persis sama. Tetapi isomer "kiri" dan "kanan" memutar bidang polarisasi ke arah yang berlawanan. Nilai rotasi spesifik untuk kedua modifikasi hanya berbeda dalam tanda.

Selain itu, efek fisiologis dan biokimia dari isomer optik seringkali sangat berbeda. Jadi, di alam yang hidup, protein dibangun dari isomer optik kidal asam amino (19 dari 20 asam amino vital aktif secara optik). Protein yang disintesis secara artifisial dari asam amino yang tepat tidak diserap oleh tubuh; dan nikotin "kiri" beberapa kali lebih beracun daripada nikotin "kanan". Fenomena menakjubkan dari peran dominan hanya satu dari bentuk isomer optik dalam proses biologis dapat menjadi sangat penting untuk menjelaskan cara asal usul dan evolusi kehidupan di Bumi.

10. Penerapan polarisasi: monitor LCD

Layar LCD (Liquid Crystal Display) adalah array segmen kecil yang disebut piksel yang dapat dimanipulasi untuk menampilkan informasi.

Setiap piksel matriks LCD terdiri dari lapisan molekul antara dua elektroda transparan, dan dua filter polarisasi, yang bidang polarisasinya tegak lurus (Gbr. 19.25). Dengan tidak adanya tegangan, kristal berbaris dalam struktur heliks (Gbr. 19.26). Struktur ini memutar bidang polarisasi cahaya sebesar 900, sehingga cahaya melewati filter polarisasi kedua tanpa kehilangan (Gbr. 19.27, a).

Jika tegangan diterapkan pada elektroda, maka molekul cenderung berbaris ke arah medan listrik, yang mendistorsi struktur heliks. Dalam hal ini, gaya elastis melawan ini, dan ketika tegangan dimatikan, molekul kembali ke posisi semula.

Dengan kekuatan medan yang cukup, hampir semua molekul menjadi sejajar satu sama lain, yang menyebabkan opasitas struktur (Gbr. 19.27, a). Dengan memvariasikan voltase, Anda dapat mengontrol tingkat transparansi.

Hal-hal menjadi lebih rumit untuk tampilan warna. Di sini piksel terbentuk dari tiga sel independen, yang masing-masing terletak di atas area filter biru, merah, atau hijau. Dengan demikian, jumlah piksel meningkat tiga kali lipat dibandingkan dengan panel monokrom. Dalam tampilan warna, gradasi luminansi setiap piksel yang membentuk triad digunakan untuk "memadukan" warna.

11. Gangguan cahaya terpolarisasi

Dengan insiden normal seberkas sinar pada pelat kristal, sumbu optik kamu yang sejajar dengan permukaan bias, sinar biasa dan sinar luar biasa merambat dalam arah yang sama, tetapi pada kecepatan yang berbeda. Biarkan di piring seperti itu dengan ketebalan d sinar terpolarisasi bidang datang dengan amplitudo vektor listrik E 0, bidang polarisasi yang membentuk sudut dengan bidang bagian utama pelat . Kemudian kedua balok, biasa (o) dan luar biasa (e) (Gbr. 19.28), akan muncul di pelat, dan mereka akan koheren. Pada saat kemunculannya di pelat, perbedaan fasa di antara mereka sama dengan nol, tetapi akan meningkat ketika sinar menembus ke dalam pelat. Mari kita hitung perbedaan fase ini.

Perbedaan jalur optik sama dengan perbedaan antara panjang jalur optik sinar biasa dan luar biasa:

Oleh karena itu perbedaan fasa antara kedua balok sama dengan

https://pandia.ru/text/78/081/images/image096_1.png" width="16" height="20 src="> - panjang gelombang vakum.

sangat penting dalam optik kristal.
Warna yang diperoleh dengan perbedaan jalur yang berbeda ditunjukkan pada tabel Michel-Levy (Gbr. 19.31).

12. Fenomena dispersi cahaya. dispersi materi. Dispersi normal dan tidak normal

Semua orang mengamati fenomena dispersi cahaya ketika mereka mengagumi pelangi (Gbr. 19.32). Penampilannya adalah karena refleksi internal total sinar dalam tetesan air, serta ketergantungan indeks bias pada panjang gelombang..png" width="68" height="25">.

Dispersi cahaya adalah ketergantungan indeks bias suatu zat pada frekuensi (atau panjang gelombang)aku ) kecepatan cahaya atau fase https://pandia.ru/text/78/081/images/image109_3.png" width="68" height="25">.

Untuk pertama kalinya, Newton secara eksperimental menyelidiki dispersi cahaya sekitar tahun 1672. Konsekuensi dari dispersi adalah penguraian menjadi spektrum cahaya putih ketika melewati prisma (Gbr. 19.33). Setelah cahaya melewati prisma, spektrum terbentuk di mana garis-garis dari setiap frekuensi (panjang gelombang) menempati tempat yang sangat spesifik. Sinar merah, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, kurang dibelokkan daripada sinar ungu; oleh karena itu, spektrum dispersi berbanding terbalik dengan spektrum difraksi, di mana sinar merah dibelokkan lebih kuat. Nilai

ditelepon dispersi materi menunjukkan seberapa cepat indeks bias berubah dengan panjang gelombang. Ada dua jenis dispersi: normal(D<0), при которой показатель преломления монотонно увеличивается с ростом частоты; и ganjil(D>0), di mana indeks bias menurun dengan meningkatnya frekuensi. Untuk semua zat tidak berwarna transparan di bagian spektrum yang terlihat, dispersinya normal (bagian 1-2 dan 3-4 pada Gambar 19.34). Jika suatu zat menyerap cahaya dalam rentang panjang gelombang (frekuensi) tertentu, maka dispersi di wilayah penyerapan menjadi anomali (bagian 2-3 dari Gambar 19.34).

13. Teori dispersi Lorentz. Hubungan antara penyerapan cahaya dan dispersi anomali

Dari teori elektromagnetik Maxwell diketahui bahwa kecepatan fase gelombang elektromagnetik sama dengan

di mana c- kecepatan cahaya dalam ruang hampa; e – permitivitas dielektrik medium; m – permeabilitas magnetik medium. Untuk sebagian besar media transparan m= 1, oleh karena itu,

; https://pandia.ru/text/78/081/images/image116_3.png" width="63" height="27">.(19.19)

Namun, beberapa kontradiksi muncul dari hubungan terakhir: 1) n – variabel, dan e – konstan untuk zat tertentu; 2) nilai n tidak setuju dengan nilai eksperimen; misalnya untuk air tidak 1.33, a e=81.

Kesulitan dalam menjelaskan dispersi dari sudut pandang teori elektromagnetik Maxwell dihilangkan oleh teori elektron Lorentz. Dalam teori Lorentz, dispersi cahaya dianggap sebagai hasil interaksi gelombang elektromagnetik dengan materi. Pergerakan elektron dalam atom mematuhi hukum mekanika kuantum. Secara khusus, konsep lintasan elektron dalam atom kehilangan semua maknanya. Namun, seperti yang ditunjukkan Lorentz, untuk pemahaman kualitatif dari banyak fenomena optik, cukup untuk membatasi diri kita pada hipotesis keberadaan elektron yang terikat secara quasi-elastis di dalam atom dan molekul. Diambil dari posisi kesetimbangan, elektron tersebut akan mulai berosilasi, secara bertahap kehilangan energi osilasi radiasi gelombang elektromagnetik. Akibatnya, osilasi akan teredam. Redaman dapat diperhitungkan dengan memperkenalkan "gaya gesekan" yang sebanding dengan kecepatan.

Gelombang elektromagnetik di mana vektor kekuatan medan listrik berubah sesuai dengan hukum:

, (19.20)

melewati zat, bekerja pada setiap elektron dengan gaya:

, (19.21)

di mana E 0 adalah amplitudo kuat medan listrik gelombang.

Berdasarkan hukum kedua Newton, kita dapat menulis persamaan diferensial untuk osilasi elektron:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image120_3.png" width="76" height="48">. Di bawah pengaruh gaya (19,21), elektron melakukan osilasi paksa:

, (19.23)

amplitudo TETAPI dan fase j yang ditentukan dengan rumus:

; https://pandia.ru/text/78/081/images/image108_3.png" width="15" height="16">, berbeda dengan kecepatan gelombang dalam ruang hampa..png" width="15" tinggi=" 16"> dari .

Untuk menyederhanakan perhitungan, pertama-tama kita abaikan redaman akibat radiasi (β=0), kemudian dari (19.24) kita peroleh:

; https://pandia.ru/text/78/081/images/image126_3.png" width="195" height="56">.

Mengingat (19.20):

.

Akibat perpindahan elektron dari posisi kesetimbangan, molekul akan memperoleh momen dipol listrik:

. (19.26)

Diasumsikan di sini bahwa setiap atom (atau molekul) suatu zat dapat dianggap sebagai sistem dari beberapa osilator harmonik - partikel bermuatan dengan muatan efektif yang berbeda. q saya dan massa m i, yang frekuensi osilasi alaminya yang tidak teredam sama dengan https://pandia.ru/text/78/081/images/image130_3.png" width="297" height="65 src=">. (19.27)

Permitivitas suatu zat terkait dengan kerentanan dielektrik:

dan besarnya vektor polarisasi adalah:

kemudian dari (19.19), (19.27-19.29):

https://pandia.ru/text/78/081/images/image129_3.png" width="29" height="25">, jumlahkan (19..png" width="29" height="25" >.png" width="29" height="25">.png" width="29" height="25">. Perilaku fungsi ini disebabkan oleh fakta bahwa kita mengabaikan redaman: kita menetapkan =0 Ketika berbeda dari nol, fungsi (19.30) tetap terbatas untuk semua nilai Gambar 19.35 menunjukkan perilaku fungsi (19.30) tanpa redaman (garis putus-putus) dan ketergantungan n 2=f(ω) dengan atenuasi diperhitungkan (kurva padat). Pergi

dari frekuensi ke panjang gelombang, kita mendapatkan kurva yang ditunjukkan pada Gambar. 19.34.

Dengan demikian, pada rentang frekuensi yang mendekati frekuensi eigen elektron , dispersi anomali terjadi, sedangkan di wilayah lain normal. Daerah dispersi anomali adalah daerah resonansi. Pada resonansi karena gaya penggerak (19.21), amplitudo osilasi paksa maksimum, sambil memastikan tingkat maksimum pasokan energi ke sistem, gelombang cahaya diserap. Dengan demikian, daerah dispersi anomali, karena sifat resonansinya, adalah daerah penyerapan. Pada Gambar 19.36, kurva putus-putus menggambarkan perilaku koefisien penyerapan cahaya oleh suatu zat.

Pada awal abad terakhir, ia mempelajari dispersi anomali dalam uap natrium. Dia mengusulkan metode untuk penentuan kuantitatif dispersi anomali, yang disebut metode kait. Metode ini mendapatkan namanya karena karakteristik pembengkokan pinggiran interferensi (Gbr. 19.37), yang mencerminkan perubahan indeks bias di dekat pita serapan ganda uap natrium. Kait diperoleh karena perbedaan jalur sinar yang melewati uap natrium di interferometer.

Teori dasar dispersi Lorentz memungkinkan untuk menjelaskan dispersi normal dan anomali, serta selektivitas penyerapan cahaya pada frekuensi yang berbeda, yaitu fakta adanya pita serapan. Namun, perbedaan intensitas pita tidak dapat dijelaskan dalam kerangka teori klasik. Penyerapan cahaya pada dasarnya memiliki karakter kuantum.

14. Penyerapan cahaya. Hukum Bouguer

Diketahui dari percobaan bahwa ketika cahaya melewati suatu zat, intensitasnya berkurang. Penyerapan cahaya adalah fenomena penurunan energi gelombang cahaya karena merambat dalam suatu zat, yang terjadi sebagai akibat dari transformasi energi gelombang menjadi energi internal zat atau menjadi energi radiasi sekunder. dengan komposisi spektral dan arah propagasi yang berbeda. Penyerapan cahaya dapat menyebabkan pemanasan suatu zat, eksitasi dan ionisasi atom atau molekul, reaksi fotokimia, dan proses lain dalam suatu zat.

Kembali pada abad ke-18, Bouguer secara eksperimental dan Lambert secara teoritis menetapkan hukum penyerapan cahaya. Ketika cahaya melewati lapisan tipis media penyerap ke arah x penurunan intensitas cahaya saya sebanding dengan intensitas Saya dan ketebalan lapisan yang dilewati dx(gbr.19.38):

. (19.31)

Tanda “–” menunjukkan bahwa intensitasnya berkurang. Koefisien proporsionalitas dalam (19.31) disebut tingkat penyerapan alami (koefisien penyerapan) lingkungan. Itu tergantung pada sifat kimia dan keadaan media penyerap dan pada panjang gelombang cahaya. Mari kita ubah dan integrasikan ekspresi ini:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image144_3.png" width="124" height="67">;

.

Di Sini Saya 0 dan Saya adalah intensitas radiasi pada input dan output dari lapisan menengah dengan ketebalan d. Setelah transformasi, kita mendapatkan:

;

https://pandia.ru/text/78/081/images/image149_3.png" width="48" height="48">.png" width="59" height="23">, (19.33)

di mana Dengan adalah konsentrasi larutan, dan c adalah faktor proporsionalitas yang tidak bergantung pada konsentrasi. Dalam larutan pekat, hukum Beer dilanggar karena pengaruh interaksi antara molekul zat penyerap yang berjarak dekat. Dari (19.32) dan (19.33) diperoleh Hukum Bouguer-Lambert-Beer:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image153_3.png" width="53" height="52 src="> disebut transmisi dan sering dinyatakan sebagai persentase:

.

Kepadatan optik ditentukan oleh logaritma natural (atau desimal) dari transmisi:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image157_3.png" align="left" width="220" height="228">Koefisien penyerapan tergantung pada panjang gelombang cahaya (atau frekuensi ) Untuk zat dalam keadaan sedemikian rupa sehingga atom atau molekul praktis tidak saling mempengaruhi (gas dan uap logam pada tekanan rendah), koefisien penyerapan untuk sebagian besar panjang gelombang mendekati nol dan hanya untuk daerah spektral yang sangat sempit menunjukkan maksimum yang tajam (dalam Gambar. Spektrum uap natrium ditunjukkan pada Gambar 19.39. Maksimal ini, menurut teori elektron dasar Lorentz, sesuai dengan frekuensi resonansi dari getaran elektron dalam atom. Dalam kasus molekul poliatomik, frekuensi juga ditemukan sesuai untuk getaran atom di dalam molekul Karena massa atom jauh lebih besar daripada massa elektron, frekuensi molekul jauh lebih sedikit atom - mereka jatuh ke wilayah spektrum inframerah.

Padatan, cairan dan gas pada tekanan tinggi memberikan pita serapan yang luas (Gbr. 19.40 menunjukkan spektrum larutan fenol). Ketika tekanan gas meningkat, serapan maksimal, awalnya sangat sempit, berkembang lebih dan lebih, dan pada tekanan tinggi, spektrum penyerapan gas mendekati spektrum penyerapan cairan. Fakta ini menunjukkan bahwa pemuaian pita serapan merupakan hasil interaksi atom (atau molekul) satu sama lain.

Logam praktis tidak tembus cahaya. Hal ini disebabkan adanya elektron bebas dalam logam. Di bawah aksi medan listrik gelombang cahaya, elektron bebas mulai bergerak - arus bolak-balik dengan cepat muncul di logam, disertai dengan pelepasan panas Lenz-Joule. Akibatnya, energi gelombang cahaya berkurang dengan cepat, berubah menjadi energi internal logam.

15. Efek Cherenkov-Vavilov

Pada tahun 1934, bekerja di bawah pengawasan, ia menemukan jenis cahaya cair khusus di bawah aksi partikel bermuatan, seperti elektron.

Sebuah partikel bermuatan yang bergerak secara seragam tidak meradiasi - tetapi hanya jika kecepatannya kurang dari kecepatan cahaya dalam media tertentu. Pada

https://pandia.ru/text/78/081/images/image159_3.png" align="left" width="316" height="218 src="> Fitur radiasi:

1) ia merambat di sepanjang generatris kerucut dengan titik di titik di mana partikel berada (Gbr. 19.41);

2) sudut antara kecepatan partikel dan arah radiasi ditentukan oleh hubungan:

dengan polarisasi

http://www. /jam tangan? v=gbu9tIykgDM

rotasi bidang polarisasi

http://www. /jam tangan? v=GeUqERAz3YY

dengan dispersi

http://www. /jam tangan? v=efjJXc_ME4E

Doktor Ilmu Teknik A. GOLUBEV.

Dua pelat yang benar-benar identik dari kaca yang agak gelap atau plastik fleksibel, disatukan, hampir transparan. Tapi ada baiknya membalikkan siapa pun dengan 90, karena kegelapan pekat muncul di depan mata. Ini mungkin tampak seperti keajaiban: bagaimanapun, setiap piring transparan di setiap belokan. namun, pengamatan yang cermat akan mengungkapkan bahwa pada sudut rotasi tertentu, silau dari air, kaca, dan permukaan yang dipoles menghilang. Hal yang sama dapat diamati saat melihat layar monitor LCD komputer melalui pelat: ketika diputar, kecerahan layar berubah dan, pada posisi tertentu, padam sepenuhnya. "Pelaku" dari semua fenomena aneh ini (dan banyak lainnya) adalah cahaya terpolarisasi. Polarisasi adalah sifat yang dimiliki gelombang elektromagnetik, termasuk cahaya tampak. Polarisasi cahaya memiliki banyak aplikasi yang menarik dan layak untuk dibahas secara lebih rinci.

Sains dan kehidupan // Ilustrasi

Model mekanik polarisasi linier gelombang cahaya. Celah di pagar memungkinkan getaran tali hanya di bidang vertikal.

Dalam kristal anisotropik, berkas cahaya dipecah menjadi dua berkas terpolarisasi dalam arah yang saling tegak lurus (ortogonal).

Sinar biasa dan luar biasa digabungkan secara spasial, amplitudo gelombang cahaya adalah sama. Ketika mereka ditambahkan, gelombang terpolarisasi muncul.

Beginilah cara cahaya melewati sistem dua polaroid: a - ketika keduanya sejajar; b - menyeberang; c - terletak pada sudut yang sewenang-wenang.

Dua gaya yang sama besar diterapkan pada titik A dalam arah yang saling tegak lurus menyebabkan bandul bergerak sepanjang lintasan melingkar, bujursangkar atau elips (garis lurus adalah elips "merosot", dan lingkaran adalah kasus khusus).

Sains dan kehidupan // Ilustrasi

Fizpraktikum. Beras. satu.

Fizpraktikum. Beras. 2.

Fizpraktikum. Beras. 3.

Fizpraktikum. Beras. 4.

Fizpraktikum. Beras. 5.

Fizpraktikum. Beras. 6.

Fizpraktikum. Beras. 7.

Fizpraktikum. Beras. delapan.

Fizpraktikum. Beras. sembilan.

Ada banyak proses osilasi di alam. Salah satunya adalah osilasi harmonik medan listrik dan magnet, yang membentuk medan elektromagnetik bolak-balik, yang merambat di ruang angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang ini transversal - vektor e dan n dari kekuatan medan listrik dan magnet saling tegak lurus dan berosilasi melintasi arah rambat gelombang.

Gelombang elektromagnetik secara kondisional dibagi menjadi rentang sesuai dengan panjang gelombang yang membentuk spektrum. Bagian terbesarnya ditempati oleh gelombang radio dengan panjang gelombang dari 0,1 mm hingga ratusan kilometer. Bagian kecil tapi sangat penting dari spektrum adalah jangkauan optik. Ini dibagi menjadi tiga wilayah - bagian spektrum yang terlihat, menempati interval sekitar 0,4 mikron (cahaya ungu) hingga 0,7 mikron (lampu merah), ultraviolet (UV) dan inframerah (IR), tidak terlihat oleh mata. Oleh karena itu, fenomena polarisasi hanya dapat diakses dengan pengamatan langsung di wilayah yang terlihat.

Jika osilasi vektor kekuatan medan listrik e dari gelombang cahaya berputar secara acak di ruang angkasa, gelombang itu disebut tidak terpolarisasi, dan cahayanya disebut alami. Jika osilasi ini terjadi hanya dalam satu arah, gelombang terpolarisasi linier. Gelombang tidak terpolarisasi diubah menjadi gelombang terpolarisasi linier menggunakan polarizer - perangkat yang mentransmisikan getaran hanya dalam satu arah.

Mari kita coba menggambarkan proses ini dengan lebih jelas. Mari kita bayangkan pagar kayu biasa, di salah satu papan di mana slot vertikal sempit dipotong. Mari kita lewati tali melalui celah ini; kami memperbaiki ujungnya di belakang pagar dan mulai menggoyangkan tali, memaksanya untuk berosilasi pada sudut yang berbeda terhadap vertikal. Pertanyaan: bagaimana tali akan bergetar di belakang celah?

Jawabannya jelas: di belakang celah, tali akan mulai berosilasi hanya dalam arah vertikal. Amplitudo osilasi ini tergantung pada arah perpindahan yang datang ke slot. Getaran vertikal akan melewati slot sepenuhnya dan memberikan amplitudo maksimum, getaran horizontal - slot tidak akan ketinggalan sama sekali. Dan semua yang lain, "cenderung", dapat didekomposisi menjadi komponen horizontal dan vertikal, dan amplitudo akan tergantung pada besarnya komponen vertikal. Tetapi bagaimanapun juga, hanya osilasi vertikal yang akan tetap berada di belakang celah! Artinya, celah di pagar adalah model polarizer yang mengubah osilasi (gelombang) non-terpolarisasi menjadi yang terpolarisasi linier.

Mari kita kembali ke dunia. Ada beberapa cara untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi linier dari cahaya alami yang tidak terpolarisasi. Film polimer yang paling umum digunakan dengan molekul panjang yang berorientasi pada satu arah (ingat pagar dengan celah!), prisma dan pelat dengan birefringence, atau anisotropi optik (sifat fisik yang berbeda dalam arah yang berbeda).

Anisotropi optik diamati di banyak kristal - turmalin, spar Islandia, kuarsa. Fenomena pembiasan ganda terletak pada kenyataan bahwa seberkas cahaya yang jatuh pada kristal dibagi menjadi dua di dalamnya. Dalam hal ini, indeks bias kristal untuk salah satu sinar ini adalah konstan pada setiap sudut datang berkas masukan, dan untuk yang lain itu tergantung pada sudut datang (yaitu, kristal adalah anisotropik untuk itu). Keadaan ini sangat mengesankan para penemunya sehingga sinar pertama disebut biasa, dan yang kedua - luar biasa. Dan sangat penting bahwa balok-balok ini terpolarisasi linier dalam bidang yang saling tegak lurus.

Perhatikan bahwa dalam kristal seperti itu ada satu arah di mana pembiasan ganda tidak terjadi. Arah ini disebut sumbu optik kristal, dan kristal itu sendiri disebut uniaksial. Sumbu optik adalah arah yang tepat, semua garis yang berjalan di sepanjang itu memiliki sifat sumbu optik. Kristal biaksial juga dikenal - mika, gipsum, dan lainnya. Mereka juga mengalami pembiasan ganda, tetapi kedua sinar itu ternyata luar biasa. Dalam kristal biaksial, fenomena yang lebih kompleks diamati, yang tidak akan kita sentuh.

Dalam beberapa kristal uniaksial, fenomena aneh lainnya ditemukan: sinar biasa dan luar biasa mengalami penyerapan yang sangat berbeda (fenomena ini disebut dichroism). Jadi, dalam turmalin, sinar biasa diserap hampir sepenuhnya pada jalur sekitar satu milimeter, dan yang luar biasa melewati seluruh kristal hampir tanpa kehilangan.

Kristal birefringent digunakan untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi linier dalam dua cara. Yang pertama menggunakan kristal yang tidak memiliki dichroism; prisma dibuat dari mereka, terdiri dari dua prisma segitiga dengan orientasi sumbu optik yang sama atau tegak lurus. Di dalamnya, salah satu balok menyimpang ke samping, sehingga hanya satu balok terpolarisasi linier yang keluar dari prisma, atau kedua balok keluar, tetapi dipisahkan oleh sudut yang besar. Dalam metode kedua, kristal dichroic kuat digunakan, di mana salah satu sinar diserap, atau film tipis - polaroid dalam bentuk lembaran area yang luas.

Mari kita ambil dua polaroid, satukan dan lihat melaluinya ke beberapa sumber cahaya alami. Jika sumbu transmisi kedua polaroid (yaitu, arah di mana mereka mempolarisasi cahaya) bertepatan, mata akan melihat cahaya kecerahan maksimum; jika mereka tegak lurus, cahaya hampir sepenuhnya padam.

Cahaya dari sumber, melewati polaroid pertama, akan terpolarisasi linier sepanjang sumbu transmisinya dan dalam kasus pertama akan bebas melewati polaroid kedua, dan dalam kasus kedua tidak akan lewat (ingat contoh dengan celah di pagar). Dalam kasus pertama, polaroid dikatakan sejajar; dalam kasus kedua, polaroid dikatakan bersilangan. Dalam kasus antara, ketika sudut antara sumbu transmisi polaroid berbeda dari 0 atau 90°, kita juga akan mendapatkan nilai kecerahan menengah.

Mari kita pergi lebih jauh. Dalam polarizer apa pun, cahaya yang masuk dibagi menjadi dua sinar yang terpisah secara spasial dan terpolarisasi linier dalam bidang yang saling tegak lurus - biasa dan luar biasa. Dan apa yang akan terjadi jika sinar biasa dan luar biasa tidak terpisah secara spasial dan salah satunya tidak padam?

Gambar menunjukkan sirkuit yang mengimplementasikan kasus ini. Cahaya dengan panjang gelombang tertentu, melewati suatu polarisasi P dan menjadi terpolarisasi linier, jatuh pada sudut 90 o pada pelat P, dipotong dari kristal uniaksial yang sejajar dengan sumbu optiknya ZZ. Dua gelombang merambat di piring - biasa dan luar biasa - dalam arah yang sama, tetapi pada kecepatan yang berbeda (karena mereka memiliki indeks bias yang berbeda). Gelombang luar biasa terpolarisasi sepanjang sumbu optik kristal, sedangkan gelombang biasa terpolarisasi dalam arah tegak lurus. Mari kita asumsikan bahwa sudut a antara arah polarisasi datangnya cahaya pada pelat (sumbu transmisi polarizer P) dan sumbu optik pelat adalah 45° dan amplitudo osilasi gelombang biasa dan gelombang luar biasa Oh oh dan Sebuah e adalah sama. Ini adalah kasus penambahan dua getaran yang saling tegak lurus dengan amplitudo yang sama. Mari kita lihat apa yang terjadi sebagai hasilnya.

Untuk kejelasan, kita beralih ke analogi mekanis. Ada pendulum, sebuah tabung melekat padanya dengan aliran tinta tipis yang mengalir darinya. Pendulum berosilasi dalam arah yang tetap, dan tinta menggambar garis lurus pada selembar kertas. Sekarang kita akan mendorongnya (tanpa henti) ke arah tegak lurus terhadap bidang ayunan, sehingga rentang osilasinya ke arah yang baru sama dengan yang semula. Jadi, kita memiliki dua osilasi ortogonal dengan amplitudo yang sama. Apa yang ditarik tinta tergantung di mana lintasannya AOB ada bandul saat kita mendorongnya.

Misalkan kita mendorongnya pada saat dia berada di posisi paling kiri, pada titik TETAPI. Kemudian dua gaya akan bekerja pada bandul: satu searah dengan gerakan awal (menuju titik O), yang lain dalam arah tegak lurus. SEBAGAI. Karena gaya-gaya ini sama (amplitudo osilasi tegak lurus sama), bandul akan bergerak secara diagonal IKLAN. Lintasannya berupa garis lurus yang membentuk sudut 45o terhadap arah kedua getaran tersebut.

Jika bandul di dorong pada saat berada pada posisi paling kanan yaitu di titik B, maka dari penalaran yang sama diketahui bahwa lintasannya juga akan lurus, tetapi diputar 90o. Jika Anda mendorong bandul di titik tengah O, ujung pendulum akan menggambarkan lingkaran, dan jika pada titik sembarang - elips; selain itu, bentuknya tergantung pada titik tepat di mana pendulum didorong. Oleh karena itu, lingkaran dan garis adalah kasus khusus gerak elips (garis adalah elips "merosot").

Ayunan bandul yang dihasilkan pada garis lurus merupakan model polarisasi linier. Jika lintasannya menggambarkan lingkaran, osilasi disebut terpolarisasi sirkular atau terpolarisasi sirkular. Tergantung pada arah rotasi, searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam, masing-masing berbicara tentang polarisasi melingkar kanan atau kiri. Akhirnya, jika pendulum menelusuri elips, osilasi dikatakan terpolarisasi elips, dalam hal ini juga membedakan antara polarisasi elips kanan dan kiri.

Contoh dengan bandul memberikan representasi visual tentang jenis polarisasi apa yang akan diterima oleh osilasi, yang terjadi ketika dua osilasi terpolarisasi linier yang saling tegak lurus ditambahkan. Timbul pertanyaan: apa analog dari pengaturan osilasi kedua (tegak lurus) pada titik yang berbeda dari lintasan pendulum untuk gelombang cahaya?

Mereka adalah perbedaan fase dari gelombang biasa dan luar biasa. Dorongan bandul pada titik TETAPI sesuai dengan perbedaan fase nol, pada titik PADA - beda fase adalah 180 o, pada titik O - 90 o jika bandul melewati titik ini dari kiri ke kanan (dari A ke B), atau 270 o jika dari kanan ke kiri (dari B ke A). Akibatnya, ketika menambahkan gelombang cahaya dengan polarisasi linier ortogonal dan amplitudo yang sama, polarisasi gelombang yang dihasilkan tergantung pada perbedaan fase gelombang yang ditambahkan.

Tabel tersebut menunjukkan bahwa dengan beda fasa 0 o dan 180 o, polarisasi elips berubah menjadi linier, dengan selisih 90 o dan 270 o - menjadi polarisasi sirkular dengan arah putaran yang berbeda dari vektor yang dihasilkan. Dan polarisasi elips dapat diperoleh dengan menambahkan dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal dan dengan beda fasa 90 o atau 270 o, jika gelombang tersebut memiliki amplitudo yang berbeda. Selain itu, cahaya terpolarisasi sirkular dapat diperoleh tanpa menambahkan dua gelombang terpolarisasi linier sama sekali, misalnya, dengan efek Zeeman - pemisahan garis spektral dalam medan magnet. Cahaya tak terpolarisasi dengan frekuensi v, melewati medan magnet yang diterapkan dalam arah rambat cahaya, dibagi menjadi dua komponen dengan polarisasi sirkular kiri dan kanan dan frekuensi simetris terhadap (ν - ) dan (ν + ) .

Metode yang sangat umum untuk memperoleh berbagai jenis polarisasi dan transformasinya adalah penggunaan yang disebut pelat fasa yang terbuat dari bahan birefringent dengan indeks bias. Tidak dan n e . Ketebalan pelat d dipilih sehingga pada keluarannya perbedaan fase antara komponen biasa dan komponen luar biasa dari gelombang adalah 90 atau 180 o. Perbedaan fase 90 o sesuai dengan perbedaan jalur optik d(n o - n e), sama dengan / 4, dan beda fasa 180 sekitar - / 2, di mana adalah panjang gelombang cahaya. Catatan ini disebut seperempat gelombang dan setengah gelombang. Praktis tidak mungkin membuat pelat dengan tebal seperempat atau setengah panjang gelombang, sehingga hasil yang sama diperoleh dengan pelat yang lebih tebal, memberikan perbedaan lintasan (kλ + /4) dan (kλ + /2), di mana k adalah beberapa bilangan bulat. Pelat seperempat gelombang mengubah cahaya terpolarisasi linier menjadi cahaya terpolarisasi elips; jika pelat setengah gelombang, maka cahaya terpolarisasi linier juga diperoleh pada outputnya, tetapi dengan arah polarisasi tegak lurus dengan yang masuk. Perbedaan fase 45° akan menghasilkan polarisasi melingkar.

Jika kita menempatkan pelat birefringent dengan ketebalan yang berubah-ubah antara polaroid paralel atau menyilang dan melihat melalui sistem ini pada cahaya putih, kita akan melihat bahwa bidang pandang telah menjadi berwarna. Jika ketebalan pelat tidak sama, area multi-warna muncul, karena perbedaan fase tergantung pada panjang gelombang cahaya. Jika salah satu polaroid (tidak masalah yang mana) diputar 90 o, warna akan berubah menjadi warna tambahan: merah - hijau, kuning - ungu (total mereka memberikan cahaya putih).

Lampu terpolarisasi diusulkan untuk digunakan untuk melindungi pengemudi dari cahaya menyilaukan dari lampu depan mobil yang melaju. Jika film polaroid dengan sudut transmisi 45 o diterapkan pada kaca depan dan lampu depan mobil, misalnya, di sebelah kanan vertikal, pengemudi akan dengan jelas melihat jalan dan mobil yang melaju yang diterangi oleh lampu depan mereka sendiri. Namun untuk mobil yang melaju, polaroid lampu depan akan bersilangan dengan polaroid kaca depan mobil ini, dan lampu depan mobil yang melaju akan padam.

Dua polaroid bersilangan membentuk dasar dari banyak perangkat yang berguna. Cahaya tidak melewati polaroid silang, tetapi jika Anda menempatkan elemen optik di antara mereka yang memutar bidang polarisasi, Anda dapat membuka jalan bagi cahaya. Beginilah cara mengatur modulator cahaya elektro-optik berkecepatan tinggi. Di antara polaroid yang bersilangan, misalnya, kristal birefringent ditempatkan, di mana tegangan listrik diterapkan. Dalam kristal, sebagai hasil interaksi dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal, cahaya menjadi terpolarisasi elips dengan komponen dalam bidang transmisi polaroid kedua (efek elektro-optik linier, atau efek Pockels). Ketika tegangan bolak-balik diterapkan, bentuk elips akan berubah secara berkala dan, akibatnya, nilai komponen yang melewati polaroid kedua. Beginilah cara modulasi dilakukan - perubahan intensitas cahaya dengan frekuensi tegangan yang diberikan, yang bisa sangat tinggi - hingga 1 gigahertz (10 9 Hz). Ternyata rana yang menginterupsi cahaya satu miliar kali per detik. Ego digunakan di banyak perangkat teknis - dalam pengukur jarak elektronik, saluran komunikasi optik, teknologi laser.

Yang disebut kacamata fotokromik diketahui, menggelap di bawah sinar matahari yang cerah, tetapi tidak mampu melindungi mata dengan kilatan yang sangat cepat dan terang (misalnya, selama pengelasan listrik) - proses penggelapannya relatif lambat. Kacamata terpolarisasi berdasarkan efek Pockels memiliki "reaksi" yang hampir seketika (kurang dari 50 s). Cahaya kilatan terang memasuki fotodetektor mini (fotodioda), yang memasok sinyal listrik, di bawah pengaruh kacamata menjadi buram.

Kacamata terpolarisasi digunakan di bioskop stereo, yang memberikan ilusi tiga dimensi. Ilusi didasarkan pada penciptaan sepasang stereo - dua gambar yang diambil pada sudut yang berbeda, sesuai dengan sudut pandang mata kanan dan kiri. Mereka dianggap sedemikian rupa sehingga setiap mata hanya melihat gambar yang dimaksudkan untuk itu. Gambar untuk mata kiri diproyeksikan ke layar melalui polaroid dengan sumbu transmisi vertikal, dan untuk mata kanan - dengan sumbu horizontal, dan gambar tersebut disejajarkan dengan tepat di layar. Pemirsa melihat melalui kacamata polaroid, di mana sumbu polaroid kiri vertikal, dan kanan horizontal; setiap mata hanya melihat gambar "sendiri", dan efek stereo muncul.

Untuk televisi stereoskopik, metode peredupan kacamata secara bergantian dengan cepat digunakan, disinkronkan dengan perubahan gambar di layar. Karena inersia penglihatan, gambar tiga dimensi muncul.

Polaroid banyak digunakan untuk meredam silau dari kaca dan permukaan yang dipoles, dari air (cahaya yang dipantulkan darinya sangat terpolarisasi). Layar terpolarisasi dan ringan dari monitor kristal cair.

Metode polarisasi digunakan dalam mineralogi, kristalografi, geologi, biologi, astrofisika, meteorologi, dan dalam studi fenomena atmosfer.

literatur

Zhevandrov N.D. Polarisasi cahaya. - M.: Nauka, 1969.

Zhevandrov N.D. Anisotropi dan optik. - M.: Nauka, 1974.

Zhevandrov N.D. Penerapan cahaya terpolarisasi. - M.: Nauka, 1978.

Shercliff W. Cahaya terpolarisasi / Per. dari bahasa Inggris. - M.: Mir, 1965.

Fizpraktikum

DUNIA TERPOLARISASI

Majalah tersebut telah menulis tentang sifat-sifat cahaya terpolarisasi, polariskop buatan sendiri, dan benda-benda transparan yang mulai berkilauan dengan semua warna pelangi (lihat Sains dan Kehidupan, No. ). Mari kita pertimbangkan pertanyaan yang sama menggunakan perangkat teknis baru.

Perangkat apa pun dengan layar LCD (liquid crystal) berwarna - monitor, laptop, TV, pemutar DVD, komputer saku, smartphone, komunikator, telepon, bingkai foto elektronik, pemutar MP3, kamera digital - dapat digunakan sebagai polarizer (perangkat yang menghasilkan cahaya terpolarisasi).

Faktanya adalah bahwa prinsip pengoperasian monitor LCD didasarkan pada pemrosesan cahaya terpolarisasi (1). Penjelasan lebih rinci tentang karya tersebut dapat ditemukan di http://master-tv.com/, dan untuk latihan fisik kami, penting bahwa jika kami menerangi layar dengan cahaya putih, misalnya, dengan menggambar kotak putih atau memotret selembar kertas putih, kita akan mendapatkan cahaya terpolarisasi bidang, di mana kita akan melakukan eksperimen lebih lanjut.

Sangat menarik bahwa, melihat layar putih pada perbesaran tinggi, kita tidak akan melihat satu titik putih pun (2) - seluruh variasi warna diperoleh dengan kombinasi warna merah, hijau dan biru.

Mungkin, secara kebetulan, mata kita juga menggunakan tiga jenis kerucut yang bereaksi terhadap warna merah, hijau dan biru sehingga dengan rasio warna primer yang tepat, kita melihat campuran ini sebagai putih.

Untuk bagian kedua dari polariskop - penganalisis - kacamata Polaroid terpolarisasi cocok, mereka dijual di toko memancing (mengurangi silau dari permukaan air) atau di toko mobil (menghilangkan silau dari permukaan kaca). Sangat mudah untuk memeriksa keaslian kacamata tersebut: dengan memutar kacamata relatif satu sama lain, Anda hampir dapat memblokir cahaya sepenuhnya (3).

Dan terakhir, Anda dapat membuat penganalisis dari layar LCD dari jam elektronik yang rusak atau produk lain dengan layar hitam putih (4). Dengan bantuan perangkat sederhana ini, Anda dapat melihat banyak hal menarik, dan jika Anda meletakkan penganalisis di depan lensa kamera, Anda dapat menyimpan bidikan yang bagus (5).

Objek yang terbuat dari plastik yang benar-benar transparan - penggaris (8), kotak untuk CD (9) atau disk "nol" itu sendiri (lihat foto di sampul depan) - ditempatkan di antara layar LCD dan penganalisis, memperoleh pelangi warna. Patung geometris yang terbuat dari plastik yang dikeluarkan dari bungkus rokok dan diletakkan di atas selembar plastik yang sama menjadi berwarna (6). Dan jika Anda memutar penganalisis sebesar 90 derajat, semua warna akan berubah menjadi warna tambahan - merah akan menjadi hijau, kuning - ungu, oranye - biru (7).

Alasan untuk fenomena ini adalah bahwa bahan yang transparan terhadap cahaya alami sebenarnya tidak homogen, atau, yang sama, anisotropik. Sifat fisiknya, termasuk indeks bias dari berbagai bagian objek, tidak sama. Berkas cahaya di dalamnya terbagi menjadi dua, yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan terpolarisasi dalam bidang yang saling tegak lurus. Intensitas cahaya terpolarisasi, hasil penambahan dua gelombang cahaya, tidak akan berubah. Tetapi penganalisis akan memotong dua gelombang terpolarisasi bidang darinya, berosilasi di bidang yang sama, yang akan mengganggu (lihat "Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan" No. 1, 2008). Perubahan sekecil apa pun pada ketebalan pelat atau tekanan pada ketebalannya menyebabkan munculnya perbedaan jalur gelombang dan munculnya warna.

Dalam cahaya terpolarisasi, sangat mudah untuk mempelajari distribusi tekanan mekanis dalam detail mesin dan mekanisme, struktur bangunan. Model datar bagian (balok, penyangga, tuas) terbuat dari plastik transparan dan beban diterapkan padanya yang mensimulasikan yang asli. Garis-garis multi-warna yang muncul dalam cahaya terpolarisasi menunjukkan titik lemah bagian tersebut (sudut tajam, tikungan kuat, dll.) - tekanan terkonsentrasi di dalamnya. Dengan mengubah bentuk bagian, mereka mencapai kekuatan terbesarnya.

Tidak sulit untuk melakukan penelitian seperti itu sendiri. Dari kaca organik (lebih disukai yang homogen), Anda dapat memotong, katakanlah, model pengait (pengait untuk mengangkat beban), menggantungnya di depan layar, memuatnya dengan bobot dengan bobot berbeda pada loop kawat, dan mengamati bagaimana distribusi tegangan berubah di dalamnya.

Sejauh ini, kita telah berbicara tentang media yang indeks biasnya berbeda untuk arah yang berbeda dari polarisasi berkas cahaya datang. Sangat penting untuk aplikasi praktis media lain, di mana, tergantung pada polarisasi cahaya, tidak hanya indeks bias, tetapi juga perubahan koefisien penyerapan. Seperti dalam kasus birefringence, mudah dipahami bahwa penyerapan dapat bergantung pada arah osilasi paksa muatan hanya dalam media anisotropik. Contoh yang pertama, lama, dan sekarang terkenal adalah turmalin, dan yang lainnya adalah polaroid. Polaroid terdiri dari lapisan tipis kristal kecil herapatit (garam yodium dan kina), berjajar dengan sumbunya sejajar satu sama lain. Kristal ini menyerap cahaya ketika mereka bergetar dalam satu arah dan hampir tidak menyerap cahaya ketika mereka bergetar ke arah lain.

Mari kita mengarahkan seberkas cahaya terpolarisasi pada sudut ke sumbu Polaroid. Berapakah intensitas sinar yang melewati polaroid? Mari kita menguraikan berkas cahaya kita menjadi dua komponen: satu dengan polarisasi tegak lurus dengan apa yang lewat tanpa redaman (sebanding dengan ), dan yang kedua - komponen memanjang sebanding dengan . Hanya sebagian yang sebanding dengan ; yang akan melewati polaroid. komponen sebanding dengan yang akan diserap. Amplitudo cahaya yang ditransmisikan melalui polaroid lebih kecil dari amplitudo cahaya datang dan diperoleh dengan mengalikannya dengan . Intensitas cahaya sebanding dengan persegi. Jadi, jika cahaya datang terpolarisasi membentuk sudut terhadap sumbu polaroid, fraksi intensitas yang ditransmisikan oleh polarisator sama dengan intensitas total. Fraksi intensitas yang diserap dalam polaroid, tentu saja, .

Sebuah paradoks yang menarik muncul dalam percobaan berikut. Diketahui bahwa dua polaroid dengan sumbu yang terletak tegak lurus satu sama lain tidak memancarkan cahaya. Tetapi jika polaroid ketiga ditempatkan di antara polaroid tersebut, yang sumbunya diarahkan pada sudut terhadap sumbu dua lainnya, sebagian cahaya akan melewati sistem kami. Seperti yang kita ketahui, Polaroid hanya menyerap cahaya, tidak dapat menciptakan cahaya. Namun, dengan menempatkan polaroid ketiga pada sudut , kami meningkatkan jumlah cahaya yang ditransmisikan. Anda dapat menganalisis sendiri fenomena ini sebagai latihan.

Salah satu fenomena polarisasi yang paling menarik, yang tidak terjadi pada kristal kompleks dan bahan khusus apa pun, tetapi dalam kasus yang sederhana dan sangat terkenal, adalah pantulan dari permukaan. Tampaknya luar biasa, tetapi ketika dipantulkan dari kaca, cahaya dapat terpolarisasi, dan secara fisik menjelaskan fakta ini sangat sederhana. Brewster menunjukkan secara eksperimental bahwa cahaya yang dipantulkan dari suatu permukaan terpolarisasi sepenuhnya jika sinar-sinar yang dipantulkan dan dibiaskan dalam medium membentuk sudut siku-siku. Kasus ini ditunjukkan pada Gambar. 33.4.

Gambar 33.4. Refleksi cahaya terpolarisasi linier pada sudut Brewster.

Arah polarisasi diberikan oleh panah putus-putus: titik-titik bulat mewakili polarisasi tegak lurus terhadap bidang halaman.

Jika sinar datang terpolarisasi pada bidang datang, maka tidak akan ada sinar pantul sama sekali. Sinar pantul hanya terjadi jika sinar datang terpolarisasi tegak lurus terhadap bidang datang. Alasan untuk fenomena ini mudah dimengerti. Dalam media pemantulan, cahaya terpolarisasi tegak lurus terhadap arah berkas, dan kita tahu bahwa itu adalah pergerakan muatan dalam media pemantulan yang menghasilkan sinar yang memancar darinya, yang disebut pantul. Munculnya apa yang disebut sinar pantul ini bukan hanya karena fakta bahwa sinar datang dipantulkan; kita sekarang sudah tahu bahwa sinar datang menggairahkan pergerakan muatan dalam medium, dan ini pada gilirannya menghasilkan sinar pantul.

Dari Gambar. 33.4 jelas bahwa hanya getaran yang tegak lurus terhadap bidang halaman yang memancarkan radiasi ke arah sinar pantul, dan oleh karena itu sinar pantul dipolarisasi tegak lurus terhadap bidang datang. Jika sinar datang terpolarisasi pada bidang datang, maka tidak akan ada sinar pantul sama sekali.

Fenomena ini dapat dengan mudah ditunjukkan ketika sinar terpolarisasi linier dipantulkan dari pelat kaca datar. Memutar pelat pada sudut yang berbeda ke arah sinar terpolarisasi yang datang, seseorang dapat melihat penurunan tajam dalam intensitas pada nilai sudut yang sama dengan sudut Brewster. Penurunan intensitas ini diamati hanya ketika bidang polarisasi bertepatan dengan bidang datang. Jika bidang polarisasi tegak lurus terhadap bidang api, tidak ada penurunan nyata dalam intensitas cahaya yang dipantulkan.

Medan gelombang saling tegak lurus dan berosilasi tegak lurus terhadap vektor kecepatan gelombang (tegak lurus sinar). Oleh karena itu, untuk menjelaskan hukum polarisasi cahaya, cukup mengetahui perilaku salah satu vektor saja. Biasanya, semua penalaran dilakukan sehubungan dengan vektor cahaya- vektor kekuatan medan listrik (nama ini karena fakta bahwa ketika cahaya bekerja pada suatu zat, komponen listrik dari medan gelombang, yang bekerja pada elektron dalam atom zat, adalah yang paling penting).

Cahaya adalah radiasi elektromagnetik total dari banyak atom. Atom, di sisi lain, memancarkan gelombang cahaya secara independen satu sama lain, oleh karena itu gelombang cahaya yang dipancarkan oleh tubuh secara keseluruhan dicirikan oleh semua jenis osilasi yang sama dari vektor cahaya (Gbr. 272, sebuah; balok tegak lurus terhadap bidang gambar). Dalam hal ini, distribusi vektor yang seragam dijelaskan oleh sejumlah besar pemancar atom, dan kesetaraan nilai amplitudo vektor dijelaskan oleh intensitas radiasi yang sama (rata-rata) dari masing-masing atom. Lampu dengan semua kemungkinan orientasi vektor (dan, oleh karena itu, ) disebut alami.

Lampu, di mana arah osilasi vektor cahaya diatur dengan cara tertentu, disebut terpolarisasi. Jadi, jika sebagai akibat dari pengaruh eksternal, arah osilasi vektor yang dominan (tetapi tidak eksklusif!) muncul (Gbr. 272, b), maka kita berurusan dengan cahaya terpolarisasi sebagian. Lampu, di mana vektor (dan, oleh karena itu, ) berosilasi hanya dalam satu arah, tegak lurus terhadap balok (Gbr. 272, di), disebut terpolarisasi bidang (terpolarisasi linier).

Bidang yang melalui arah osilasi vektor cahaya gelombang terpolarisasi bidang dan arah rambat gelombang ini disebut bidang polarisasi. Cahaya terpolarisasi bidang adalah kasus pembatas cahaya terpolarisasi elips- cahaya, yang vektor (vektor ) berubah terhadap waktu sehingga ujungnya menggambarkan elips yang terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap balok. Jika elips polarisasi berdegenerasi (lihat 145) menjadi garis lurus (bila beda fase sama dengan nol atau ), maka kita berhadapan dengan cahaya terpolarisasi bidang yang dipertimbangkan di atas, jika menjadi lingkaran (bila ( = ± /2 dan amplitudo gelombang gabungan sama), maka kami memiliki bisnis dengan cahaya terpolarisasi sirkular (terpolarisasi melingkar). Derajat polarisasi disebut besaran

dimana dan adalah intensitas cahaya maksimum dan minimum yang bersesuaian dengan dua komponen vektor yang saling tegak lurus . Untuk cahaya alami = dan R= 0, untuk bidang terpolarisasi = 0 dan R = 1.

Cahaya alami dapat diubah menjadi cahaya terpolarisasi bidang menggunakan apa yang disebut polarizer, mentransmisikan getaran hanya dalam arah tertentu (misalnya, mentransmisikan getaran yang sejajar dengan bidang polarizer, dan sepenuhnya memblokir getaran yang tegak lurus terhadap bidang ini). Media yang anisotropik sehubungan dengan osilasi vektor dapat digunakan sebagai polarizer, misalnya kristal (anisotropi mereka diketahui, lihat 70). Dari kristal alam yang telah lama digunakan sebagai polarizer, turmalin harus diperhatikan.

Pertimbangkan eksperimen klasik dengan turmalin (Gbr. 273). Mari kita arahkan cahaya alami tegak lurus dengan pelat turmalin T 1 potong sejajar dengan yang disebut sumbu optik 00 (lihat 192).

Memutar kristal T 1 di sekitar arah sinar, kami tidak mengamati perubahan intensitas cahaya yang ditransmisikan melalui turmalin. Jika pelat turmalin kedua ditempatkan di jalur balok T 2 dan memutarnya di sekitar arah sinar, maka intensitas cahaya yang melewati pelat bervariasi tergantung pada sudut antara sumbu optik kristal sepanjang Hukum Malus(E. Malus (1775-1812) - fisikawan Prancis):

(190.1)

di mana dan masing-masing adalah intensitas insiden cahaya pada kristal kedua dan muncul darinya. Akibatnya, intensitas cahaya yang ditransmisikan melalui pelat berubah dari minimum (pemadaman total cahaya) di = /2 (sumbu optik pelat tegak lurus) hingga maksimum di = 0 (sumbu optik pelat sejajar) . Namun, sebagai berikut dari Gambar. 274, amplitudo getaran cahaya yang melewati pelat T 2 , akan lebih kecil dari amplitudo getaran cahaya yang terjadi padanya:

Karena intensitas cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka persamaan (190.1) diperoleh.

Hasil percobaan dengan kristal turmalin dapat dijelaskan dengan cukup sederhana, berdasarkan kondisi di atas untuk transmisi cahaya oleh polarizer. Pelat turmalin pertama mentransmisikan getaran hanya dalam arah tertentu (dalam Gambar 273 arah ini ditunjukkan oleh panah AB), yaitu, mengubah cahaya alami menjadi cahaya terpolarisasi bidang. Pelat turmalin kedua, tergantung pada orientasinya dari cahaya terpolarisasi, mentransmisikan lebih banyak atau lebih sedikit, yang sesuai dengan komponen yang sejajar dengan sumbu turmalin kedua. pada gambar. 273 kedua pelat diatur sedemikian rupa sehingga arah getaran yang ditransmisikan oleh keduanya AB dan A"B" saling tegak lurus. Pada kasus ini T 1 melewatkan getaran yang diarahkan sepanjang AB, dan T 2 benar-benar memadamkannya, yaitu, cahaya tidak melewati pelat turmalin kedua.

Piring T 1 , yang mengubah cahaya alami menjadi terpolarisasi bidang, adalah polarisator. Piring T 2 , yang berfungsi untuk menganalisis derajat polarisasi cahaya, disebut penganalisis. Kedua record persis sama (bisa ditukar).

Jika cahaya alami dilewatkan melalui dua polarisator yang bidangnya membentuk sudut , maka cahaya terpolarisasi bidang akan keluar dari yang pertama, yang intensitasnya akan keluar dari yang kedua, menurut (190.1), cahaya dengan intensitas akan datang keluar. Oleh karena itu, intensitas cahaya yang melewati dua polarisator adalah

dari mana (polarizer sejajar) dan = 0 (polarizer disilangkan).

Arah rambat gelombang;

Bundar polarisasi - kanan atau kiri, tergantung pada arah rotasi vektor induksi;

Berbentuk bulat panjang polarisasi - kasus menengah antara polarisasi melingkar dan linier.

Radiasi yang tidak koheren mungkin tidak terpolarisasi, atau sepenuhnya atau sebagian terpolarisasi dengan salah satu cara di atas. Dalam hal ini, konsep polarisasi dipahami secara statistik.

Dalam pertimbangan teoritis polarisasi, gelombang diasumsikan merambat horizontal. Kemudian kita dapat berbicara tentang polarisasi linier vertikal dan horizontal dari gelombang.

Linier Bundar Berbentuk bulat panjang

Teori fenomena

Gelombang elektromagnetik dapat diuraikan (baik secara teoritis maupun praktis) menjadi dua komponen terpolarisasi, misalnya terpolarisasi vertikal dan horizontal. Ekspansi lain dimungkinkan, misalnya, dalam sepasang arah yang saling tegak lurus berbeda, atau menjadi dua komponen yang memiliki polarisasi sirkular kiri dan kanan. Ketika mencoba untuk memperluas gelombang terpolarisasi linier menjadi polarisasi melingkar (atau sebaliknya), dua komponen setengah intensitas akan muncul.

Dari sudut pandang kuantum dan klasik, polarisasi dapat dijelaskan oleh vektor kompleks dua dimensi ( vektor jones). Polarisasi foton merupakan salah satu implementasi dari q-bit.

Radiasi antena biasanya memiliki polarisasi linier.

Dengan mengubah polarisasi cahaya pada refleksi dari permukaan, seseorang dapat menilai struktur permukaan, konstanta optik, dan ketebalan sampel.

Jika cahaya yang tersebar terpolarisasi, maka menggunakan filter polarisasi dengan polarisasi yang berbeda, dimungkinkan untuk membatasi lewatnya cahaya. Intensitas cahaya yang melewati polarizer mematuhi hukum Malus. LCD bekerja berdasarkan prinsip ini.

Beberapa makhluk hidup, seperti lebah, mampu membedakan polarisasi linier cahaya, yang memberi mereka peluang tambahan untuk orientasi di ruang angkasa. Telah ditemukan bahwa beberapa hewan, seperti udang mantis merak, mampu membedakan cahaya terpolarisasi sirkular, yaitu cahaya dengan polarisasi sirkular.

Sejarah penemuan

Penemuan gelombang cahaya terpolarisasi didahului oleh karya banyak ilmuwan. Pada tahun 1669, ilmuwan Denmark E. Bartholin melaporkan eksperimennya dengan kristal calcareous spar (CaCO3), paling sering dalam bentuk rhombohedron biasa, yang dibawa oleh para pelaut yang kembali dari Islandia. Dia terkejut menemukan bahwa seberkas cahaya yang melewati kristal terbelah menjadi dua sinar (sekarang disebut biasa dan luar biasa). Bartholin melakukan studi menyeluruh tentang fenomena pembiasan ganda yang ditemukannya, tetapi dia tidak bisa memberikan penjelasan. Dua puluh tahun setelah eksperimen E. Bartholin, penemuannya menarik perhatian ilmuwan Belanda H. Huygens. Dia sendiri mulai menyelidiki sifat-sifat kristal spar Islandia dan memberikan penjelasan tentang fenomena pembiasan ganda berdasarkan teori gelombang cahayanya. Pada saat yang sama, ia memperkenalkan konsep penting sumbu optik kristal, selama rotasi di mana tidak ada anisotropi sifat kristal, mis., ketergantungannya pada arah (tentu saja, tidak semua kristal memiliki sumbu seperti itu). ). Dalam eksperimennya, Huygens melangkah lebih jauh dari Bartholin, melewati kedua sinar yang muncul dari kristal spar Islandia melalui kristal kedua yang serupa. Ternyata jika sumbu optik kedua kristal sejajar, maka penguraian lebih lanjut dari sinar ini tidak lagi terjadi. Jika belah ketupat kedua diputar 180 derajat terhadap arah rambat sinar biasa, maka ketika melewati kristal kedua, sinar luar biasa mengalami pergeseran dengan arah yang berlawanan dengan pergeseran kristal pertama, dan kedua sinar akan datang keluar dari sistem seperti itu terhubung menjadi satu balok. Ditemukan juga bahwa, tergantung pada sudut antara sumbu optik kristal, intensitas sinar biasa dan luar biasa berubah. Studi-studi ini membawa Huygens dekat dengan penemuan fenomena polarisasi cahaya, tetapi dia tidak dapat mengambil langkah yang menentukan, karena gelombang cahaya dalam teorinya dianggap longitudinal. Untuk menjelaskan eksperimen H. Huygens, I. Newton, yang menganut teori sel cahaya, mengajukan gagasan tentang tidak adanya simetri aksial berkas cahaya dan dengan demikian membuat langkah penting menuju pemahaman polarisasi cahaya . Pada tahun 1808, fisikawan Perancis E. Malus, melihat melalui sepotong tiang Islandia di jendela Istana Luksemburg di Paris, bersinar di bawah sinar matahari terbenam, terkejut melihat bahwa pada posisi tertentu dari kristal, hanya satu gambar terlihat. Berdasarkan eksperimen ini dan eksperimen lainnya, dan berdasarkan teori sel cahaya Newton, ia menyarankan bahwa sel-sel di bawah sinar matahari berorientasi secara acak, tetapi setelah refleksi dari permukaan atau melewati kristal anisotropik, mereka memperoleh orientasi tertentu. Cahaya "teratur" seperti itu disebutnya terpolarisasi.

Parameter stoke

Penggambaran polarisasi dalam hal parameter Stokes pada bola Poincaré

Secara umum, gelombang monokromatik bidang memiliki polarisasi elips kanan atau kiri. Karakteristik penuh elips diberikan oleh tiga parameter, misalnya, setengah panjang sisi persegi panjang di mana elips polarisasi tertulis A 1 , A 2 dan perbedaan fase , atau semi-sumbu elips sebuah , b dan sudut antara sumbu x dan sumbu utama elips. Lebih mudah untuk menggambarkan gelombang terpolarisasi elips berdasarkan parameter Stokes:

, ,

Hanya tiga dari mereka yang independen, karena identitasnya benar:

Jika kita memperkenalkan sudut bantu , yang ditentukan oleh ekspresi (tanda sesuai dengan kanan, dan - ke polarisasi kiri), maka kita dapat memperoleh ekspresi berikut untuk parameter Stokes:

Berdasarkan rumus-rumus ini, dimungkinkan untuk mengkarakterisasi polarisasi gelombang cahaya dengan cara geometris yang jelas. Dalam hal ini, parameter Stokes , , diinterpretasikan sebagai koordinat Cartesian dari sebuah titik yang terletak pada permukaan bola berjari-jari . Sudut dan memiliki arti koordinat sudut bola dari titik ini. Representasi geometris seperti itu diusulkan oleh Poincare, sehingga bola ini disebut bola Poincaré.

Bersamaan dengan , , parameter Stokes yang dinormalisasi , , juga digunakan. Untuk cahaya terpolarisasi .

Lihat juga

literatur

• Akhmanov S.A., Nikitin S.Yu. - Optik fisik, edisi ke-2, M. - 2004.
• Born M., Wolf E. - Fundamentals of Optics, edisi ke-2, direvisi, trans. dari bahasa Inggris, M - 1973

Catatan

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Polarisasi cahaya" di kamus lain:

fisik karakteristik optik. radiasi, yang menggambarkan anisotropi transversal gelombang cahaya, yaitu, non-ekuivalen dec. arah dalam bidang yang tegak lurus terhadap berkas cahaya. Indikasi pertama dari anisotropi transversal dari berkas cahaya diperoleh ... Ensiklopedia Fisik

Ensiklopedia Modern

Polarisasi cahaya- POLARISASI CAHAYA, keteraturan dalam orientasi vektor intensitas medan listrik E dan magnet H dari gelombang cahaya pada bidang yang tegak lurus terhadap rambat cahaya. Ada polarisasi linier cahaya, ketika E tetap konstan ... ... Kamus Ensiklopedis Bergambar

polarisasi cahaya- polarisasi Suatu sifat cahaya yang dicirikan oleh urutan spatio-temporal dari orientasi vektor magnet dan listrik. Catatan 1. Tergantung pada jenis pemesanan, mereka membedakan: polarisasi linier, elips ... ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

- (lat. dari polus). Sifat sinar cahaya yang ketika dipantulkan atau dibiaskan, kehilangan kemampuannya untuk dipantulkan atau dibiaskan lagi dalam arah yang diketahui. Kamus kata-kata asing termasuk dalam bahasa Rusia. Chudinov A.N.,… … Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

Keteraturan dalam orientasi vektor intensitas medan listrik E dan medan magnet H dari gelombang cahaya pada bidang yang tegak lurus terhadap berkas cahaya. Bedakan polarisasi linier cahaya ketika E mempertahankan arah konstan (dengan bidang ... ... Kamus Ensiklopedis Besar