Banayad na pagsipsip. Epekto ng Cherenkov-Vavilov

1. Transverse light waves at mga uri ng light polarization

1.1. Linear polarization

1.2. Bahagyang polarized na ilaw. Degree ng polariseysyon

1.3. Elliptical at circular polarization

2. Batas ni Malus

3. Polarisasyon ng liwanag sa pagmuni-muni. Batas ng Brewster

4. Mga elemento ng kristal na optika. dobleng repraksyon

5. Anisotropy ang sanhi ng birefringence

6. Dichroism

7. Prism Nicolas

8. Artipisyal na birefringence

9. Pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon. Polarimetry

10. Application ng polariseysyon: LCD monitor

11. Panghihimasok ng polarized light

12. Ang phenomenon ng light dispersion. pagpapakalat ng bagay. Normal at abnormal na pagpapakalat

13. Teorya ng pagpapakalat ni Lorentz. Relasyon sa pagitan ng light absorption at maanomalyang dispersion

14. Banayad na pagsipsip. Batas ni Bouguer

15. Epekto ng Cherenkov-Vavilov

1. Mga transverse light wave at mga uri ng light polarization

Ang kinahinatnan ng teorya ni Maxwell ay ang transverseness ng light waves: ang intensity vectors ng electric at magnetic field ng wave ay magkaparehong patayo at oscillate na patayo sa wave propagation velocity vector (Fig. 19.1). Kung isinasaalang-alang ang polariseysyon, kadalasan ang lahat ng pangangatwiran ay nauugnay sa eroplano ng mga oscillations ng electric field intensity vector - ang light vector, dahil ang kemikal, physiological at iba pang mga uri ng light effect sa matter ay higit sa lahat dahil sa electrical oscillations.

Ang isang electromagnetic wave mula sa isang hiwalay na elementary emitter (atom, molecule) ay palaging polarized. Sa liwanag na ibinubuga ng mga ordinaryong pinagmumulan, may mga oscillation na nangyayari sa iba't ibang direksyon patayo sa sinag. Sa gayong mga liwanag na alon na nagmumula sa iba't ibang elementarya na naglalabas (mga atomo), mga vectoray may iba't ibang oryentasyon, at lahat ng mga oryentasyong ito ay pantay na posibleng mangyari, na dahil sa malaking bilang ng mga atomic emitters. Ang ilaw na ito ay tinatawag natural, o hindi polarized(fig.19.2) .

1.1. Linear polarization

Ang liwanag ay tinatawag na linearly (o plane) polarized kung ang mga oscillations ng light intensity ng electric field ay nangyayari sa isang eroplano (ang OXY plane sa Fig. 19.1). Ang plane polarized light ay maaaring makuha mula sa natural na liwanag gamit ang mga device na tinatawag na mga polarizer(fig.19.3). Ang mga device na ito ay malayang nagpapadala ng mga vibrations na kahanay sa eroplano, na tinatawag na ang pangunahing eroplano ng polarizer, at ganap na ihinto ang mga vibrations patayo sa eroplanong ito. Ang pagkilos ng isang polaroid ay maaaring ilarawan sa isang mekanikal na modelo (Larawan 19.4): ang isang nababanat na transverse wave na kumakalat sa kahabaan ng kurdon ay dumadaan nang walang harang kung ang puwang sa hadlang ay nakatuon sa parehong paraan tulad ng oscillation plane. Kung ang oscillation plane ay patayo sa gap, walang mga oscillations sa likod ng barrier. Ang parehong para sa electromagnetic wave (Fig. 19.5). Gamit ang isang polarizer (polaroid) mula sa isang sinag ng natural na liwanag, maaari kang pumili ng isang bahagi kung saan pagbabago ng vector https://pandia.ru/text/78/081/images/image007_14.png" width="577" height="345">
Ang eroplano kung saan nag-o-oscillate ang light vector (iyon ay, ang vector ng electric field https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17" height="23 src=" >), at ang patayo sa isang eroplano dito (tingnan ang Fig. 19.1).

Ang natural na liwanag ay maaaring isipin bilang isang superposisyon ng dalawa hindi magkakaugnay waves ng parehong intensity, linearly polarized sa magkabilang patayo eroplano (Fig. 19.6). Mula dito nakuha namin na, na dumadaan sa isang perpektong polaroid, ang natural na liwanag ay pinahina ng kalahati:

1.2. Bahagyang polarized na ilaw. Degree ng polariseysyon

Kapag ang natural na liwanag ay dumaan sa isang di-ideal na polaroid, ang liwanag ay nagiging bahagyang polarized, iyon ay, ang light vector ay nag-o-oscillates sa lahat ng posibleng direksyon, ngunit mayroong isang nangingibabaw na direksyon ng oscillation. Ang bahagyang polarized na ilaw ay maaaring kinakatawan bilang isang superposisyon ng natural at linearly polarized ray (Larawan 19.7, a), o bilang isang superposisyon ng dalawang incoherent na linearly polarized ray na may magkakaibang intensity sa magkabilang patayo na mga eroplano (Fig. 19.7, b).

Maglagay tayo ng perpektong polaroid analyzer sa landas ng bahagyang polarized na liwanag. Kung ang pangunahing eroplano nito ay parallel sa eroplano ng mga oscillations ng polarized component (Larawan 19.7, a), pagkatapos ay dadaan ito sa analyzer. Ang kalahati ng intensity ng unpolarized natural na liwanag ay lilipas din (19.1). Sa output ng analyzer, ang light intensity ay magiging maximum at katumbas ng:

.

Ang pag-on sa pangunahing eroplano ng analyzer sa isang anggulo ng 900, nakuha namin ang pinakamababang intensity sa output, dahil ang polarized na bahagi ay hindi papasa:

Degree ng polariseysyon R bahagyang polarized na ilaw ay tinatawag

, (19.2)

Ang antas ng polariseysyon sa gayon ay nagpapahiwatig ng proporsyon ng polarized na bahagi sa kabuuang intensity ng liwanag.

1.3. Elliptical at circular polarization

Isaalang-alang ang dalawang magkakaugnay na plane polarized light waves na kumakalat sa kahabaan ng axis x, na ang mga oscillation planes ay magkaparehong patayo. Hayaang mangyari ang mga oscillation sa isang alon sa kahabaan ng axis y, sa pangalawa - kasama ang axis z(fig.19.8). Ang mga projection ng mga light vector ng mga alon na ito sa kaukulang mga palakol ay nagbabago ayon sa batas:

(19.3)

Ang mga halaga https://pandia.ru/text/78/081/images/image018_7.png" width="27 height=29" height="29"> ay ang mga coordinate ng dulo ng nagreresultang light vector . Hindi kasama ang variable t, nakukuha natin ang:

. (19.4)

Sa pangkalahatan, ito ang equation ng isang ellipse. Kaya dalawa magkakaugnay plane polarized light waves, ang mga eroplano ng oscillation na kung saan ay magkaparehong patayo, kapag nakapatong sa isa't isa, ay nagbibigay ng isang alon kung saan ang light vector (vector ) ay nagbabago sa paglipas ng panahon upang ang dulo nito ay naglalarawan ng isang ellipse. Ang ilaw na ito ay tinatawag elliptically polarized.

https://pandia.ru/text/78/081/images/image021_6.png" width="59" height="19"> ang ellipse ay bumababa sa isang tuwid na linya, at ang plane polarized light ay nakuha..png" na lapad ="17" height="23 src="> makilala kanan at kaliwa elliptical at circular polarization. Sa Fig. 19.8, ang polarization ay naiwan (ang dulo ng vector ay umiikot nang pakanan kapag tiningnan patungo sa beam), at sa 19.9 at 19.10 ito ay tama.

2. Batas ni Malus

Maglagay tayo ng dalawang polarizer sa landas ng natural na sinag, ang mga pangunahing eroplano na bumubuo ng isang anggulo φ (Larawan 19.11). Kapag ang polarizer ay umiikot sa direksyon ng natural na sinag, ang intensity ng ipinadala na plane-polarized na ilaw ay nananatiling pareho, tanging ang oryentasyon ng eroplano ng mga oscillations ng liwanag na umaalis sa aparato ay nagbabago.

Hayaan E 0 – amplitude ng oscillations ng wave incident sa analyzer. I-decompose ang oscillation na ito sa dalawang mutually perpendicular, na nagaganap sa parehong phase, na may mga amplitude: https://pandia.ru/text/78/081/images/image025_5.png" width="28" height="25 src= " > – patayo dito (Fig.19.11).

; (19.5)

https://pandia.ru/text/78/081/images/image028_6.png" width="13" height="19 src=">~, kaya mula sa (19.5) nakukuha natin ang:

o para sa intensity ako dumaan sa wave ng analyzer:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image032_7.png" width="618" height="385">
ako0 – intensity ng linearly polarized wave incident sa analyzer, φ ay ang anggulo sa pagitan ng pangunahing eroplano ng analyzer at ang eroplano ng oscillations ng wave incident sa analyzer.

O kaya: φ ay ang anggulo sa pagitan ng mga pangunahing eroplano ng polarizer at analyzer. Relasyon (19.6) ang tawag Batas Malus.

Sa natural na liwanag, ang lahat ng mga halaga ng φ ay pantay na malamang. Samakatuwid, ang bahagi ng liwanag na dumadaan sa polarizer ay magiging katumbas ng average na halaga , ibig sabihin, ½ (tingnan ang (19.1)):

Ang intensity ng liwanag na lumalabas sa pangalawang polarizer (analyzer) ay katumbas ng:

. (19.7)

Kapag ang analyzer ay pinaikot (Fig.19..png" width="43" height="20 src="> at Relative indices" href="/text/category/otnositelmznie_pokazateli/" rel="bookmark"> relative refractive index ng dalawang media , sa hangganan kung saan ang liwanag ay sinasalamin at na-refracted.Scottish physicist na si D. Brewster, na nag-iimbestiga sa phenomenon ng light polarization, noong 1815 ay nagtatag ng isang relasyon sa pagitan ng relative refractive index ng isang dielectric https://pandia.ru/text /78/081/images/image041_5. png" width="20" height="25"> (Brewster angle) kung saan ang reflected beam ay ganap na nakapolarized:

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

Kung ang liwanag ay insidente sa isang interface sa pagitan ng dalawang dielectrics sa anggulo ng Brewster, na tinukoy sa pamamagitan ng kaugnayan (19.8), pagkatapos ay ang sinasalamin na sinag ay ganap na linearly polarized, at ang refracted beam ay bahagyang polarized, ngunit pinakamataas na kumpara sa iba pang mga anggulo ng saklaw (Fig.19.13). Sa kasong ito, ang mga sinasalamin at refracted ray ay patayo sa bawat isa.

Isulat natin ang batas ng repraksyon:

. (19.9)

Mula sa (19.8) ito ay sumusunod:

Ihambing sa (19.9) at kunin

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

kung saan sumusunod na ang refracted beam ay patayo sa sinasalamin (Fig. 19.13).

Upang maipaliwanag kung bakit ang sinag na sinasalamin sa saklaw sa anggulo ng Brewster ay linearly polarized, isinasaalang-alang namin na ang sinasalamin na liwanag ay ang resulta ng paglabas ng pangalawang alon sa pamamagitan ng mga singil (mga electron) sa pangalawang daluyan, na nag-o-oscillating sa ilalim ng pagkilos. ng electric field ng incident wave. Ang mga oscillations na ito ay nangyayari sa direksyon ng insidente wave oscillations.

I-decompose natin ang mga vector oscillations sa pangalawang medium sa dalawang mutually perpendicular oscillations: sa Fig. 19.13 oscillations sa plane of incidence ay ipinahiwatig ng mga arrow (↔), perpendicularly - sa pamamagitan ng mga tuldok ( ∙ ). Sa kaso ng pagbagsak ng liwanag sa anggulo ng Brewster, ang sinasalamin na sinag ay patayo sa refracted, at samakatuwid ay kahanay sa mga oscillations ng unang bahagi (↔). Ito ay kilala mula sa electromagnetic theory ni Maxwell na ang isang oscillating electric charge ay hindi nagpapalabas ng mga electromagnetic wave sa direksyon ng paggalaw nito. Samakatuwid, ang isang emitter ng uri (↔) na nag-o-oscillating sa isang dielectric ay hindi nag-radiate kasama ang reflected beam. Kaya, sa direksyon ng sinasalamin na sinag, ang ilaw ay nagpapalaganap, na ipinadala ng mga emitter ng uri ( ∙ ), na ang mga direksyon ng oscillation ay patayo sa plane of incidence.

4. Mga elemento ng kristal na optika. dobleng repraksyon

Kapag ang liwanag ay dumaan sa ilang mga kristal, ang liwanag na sinag ay nahahati sa dalawang sinag (Larawan 19.14 at 19.15). Ang phenomenon na ito, tinatawag birefringence, ay naobserbahan noong 1670 ni Erasmus Bartholomin para sa Icelandic spar (isang uri ng calcium carbonate, CaCO3). Sa dobleng repraksyon, ang isa sa mga sinag ay natutugunan ang karaniwang batas ng repraksyon at namamalagi sa parehong eroplano bilang sinag ng insidente at ang normal. Ang sinag na ito ay tinatawag karaniwan at ipinahiwatig sa mga guhit ng titik na "o". Para sa isa pang sinag na tinatawag pambihira(ito ay karaniwang tinutukoy ng titik na "e"), ang ratio ay hindi nananatiling pare-pareho kapag binabago ang anggulo ng saklaw. Kahit na may normal na saklaw, ang isang pambihirang sinag, sa pangkalahatan, ay lumilihis mula sa orihinal na direksyon nito (Larawan 19.15). Bilang karagdagan, ang pambihirang sinag ay hindi, bilang panuntunan, ay namamalagi sa parehong eroplano bilang sinag ng insidente at ang normal sa repraktibo na ibabaw.
Ang phenomenon ng birefringence ay sinusunod para sa lahat ng transparent na kristal, maliban sa mga kabilang sa cubic system.

Ang tinatawag na uniaxial crystals ay may direksyon kung saan ang ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag ay nagpapalaganap nang walang paghihiwalay at sa parehong bilis. Ang direksyong ito ay tinatawag optical axis ng kristal. Dapat itong isipin na ang optical axis ay hindi isang tuwid na linya na dumadaan sa ilang punto ng kristal, ngunit isang tiyak na direksyon sa kristal. Anumang tuwid na linya na kahanay sa direksyon na ito ay ang optical axis ng kristal.

Anumang eroplano na dumadaan sa optical axis ay tinatawag pangunahing seksyon o pangunahing eroplano kristal. Karaniwang ginagamit ang pangunahing seksyon na dumadaan sa light beam.

Ang parehong mga beam, karaniwan at hindi pangkaraniwan, ay ganap na polarized sa magkabilang patayo na direksyon (tingnan ang Fig. 19.15). Ang eroplano ng oscillation ng isang ordinaryong sinag ay patayo sa pangunahing seksyon ng kristal. Sa isang pambihirang sinag, ang mga oscillations ng vector ay nangyayari sa isang eroplano na tumutugma sa pangunahing seksyon.

5. Anisotropy ang sanhi ng birefringence

Ang birefringence ay ipinaliwanag ng anisotropy ng mga kristal. Sa mga kristal ng isang non-cubic system, ang pag-asa sa direksyon ng electric field vector ay ipinahayag, sa partikular, sa pamamagitan ng permittivity ε..png" width="20 height=28" height="28"> at, nang naaayon. Sa ibang direksyon, ang ε ay may mga intermediate na halaga.

Dahil ang

, (19.10)

pagkatapos mula sa anisotropy ε sinusundan nito iyonmga electromagnetic wave na may iba't ibang direksyon ng vector oscillation https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17" height="23 src=">.

Sa isang ordinaryong beam, ang mga oscillations ng light vector ay nangyayari sa direksyon na patayo sa pangunahing seksyon ng kristal (sa Fig. 19.15 at 19.16, ang mga oscillations na ito ay ipinapakita ng mga tuldok sa kaukulang beam). Samakatuwid, para sa anumang direksyon ng isang ordinaryong sinag (sa Fig.3..png" width="82" height="53">. (19.11)

Naglalarawan ng bilis karaniwan beam sa anyo ng mga segment na inilatag sa iba't ibang direksyon, nakakakuha kami ng isang spherical na ibabaw. Isipin na ang isang punto ay inilalagay sa punto 0 ng kristal. Pagkatapos ang globo na itinayo namin ay ang ibabaw ng alon ng mga ordinaryong sinag sa kristal.

pagbabagu-bago sa pambihira Ang sinag ay ginawa sa pangunahing seksyon. Samakatuwid, para sa iba't ibang mga sinag, ang mga direksyon ng mga oscillations ng vector (sa Fig. 19.16 ang mga direksyon na ito ay ipinapakita ng mga double-sided na arrow) ay bumubuo ng iba't ibang mga anggulo na may optical axis. Para sa beam 1, ang anggulo ay π/2, upang ang bilis ay

para sa beam 2 ang anggulo ay zero at ang bilis ay

Para sa beam 3, ang bilis ay may intermediate na halaga:

Kaya, ang ibabaw ng alon ng mga hindi pangkaraniwang sinag ay isang ellipsoid ng rebolusyon. Sa mga punto ng intersection na may optical axis ng kristal, ang globo at ang ellipsoid ay nakikipag-ugnay - sa direksyon na ito, ang mga bilis ng parehong mga sinag ay pareho.

Depende kung alin sa mga bilis, o https://pandia.ru/text/78/081/images/image060_3.png" width="60" height="25"> ().

Para sa mga negatibong kristal (Larawan 19.17)

Gamit ang mga ibabaw ng alon sa Fig. 19.17, posibleng gumawa ng wave front para sa ordinaryong at pambihirang mga sinag sa isang kristal na may normal na saklaw ng sinag sa mukha ng kristal (Fig. 19.18). Ang prinsipyo ng Huygens ay ginagamit: ang mga punto ng kristal, kung saan bumagsak ang alon, ay ang kanilang mga sarili ang pinagmumulan ng mga alon. Ang bagong posisyon ng harap ng alon ay ang sobre ng mga harapan ng pangalawang alon. Ang direksyon ng sinag ay matatagpuan sa pamamagitan ng punto ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng harap ng pangalawang alon at ng sobre.

6. dichroism

Mayroong mga birefringent na kristal kung saan ang isa sa mga sinag, halimbawa, ang ordinaryong, ay nasisipsip sa isang tiyak na hanay ng wavelength na mas malakas kaysa sa isa. Ang pag-asa ng light absorption sa polarization nito ay tinatawag na dichroism. Ito ang kababalaghan ng dichroism na naging posible sa pagsasanay na madaling makakuha at malawakang gumamit ng linearly polarized na liwanag.

Ang tourmaline crystal ay may napakalakas na dichroism sa nakikitang sinag. Sa loob nito, ang isang ordinaryong sinag ay halos ganap na hinihigop sa haba na 1 mm. Ang mga dichroic polarizer batay sa isang single-crystal tourmaline plate ay hindi nakahanap ng malawak na aplikasyon, pangunahin dahil sa mga paghihirap na nauugnay sa pagkuha ng mga kristal ng kinakailangang laki.

Ang isa pang iba't ibang mga dichroic polarizer ay naging mas popular - ang tinatawag na film polaroids, na naimbento noong 1920s. Ito ay mga anisotropic polymer film na pinapagbinhi ng anisotropic molecules o microcrystals. Kung ang isang polymer film na binubuo ng napakahaba, linear, elongated polymer macromolecules sa isang pinainit at pinalambot na estado ay mekanikal na nakaunat, ang mga polymer molecule ay i-orient ang kanilang mahabang axes sa kahabaan ng direksyon ng pag-uunat at ang pelikula ay nagiging anisotropic. Kung, sa kasong ito, ang isang sangkap ay natunaw sa polimer, ang mga molekula na kung saan ay anisotropic sa hugis at may mataas na dichroism, halimbawa, hugis-karayom ​​na microcrystals ng herapatite (isang asin ng yodo at quinine), pagkatapos ay isang iniutos, nakatuon. matrix ng polymer molecules din orients impurity molecules. Sa mga kristal na ito, ang isa sa mga beam ay hinihigop sa isang landas na humigit-kumulang 0.1 mm.

Sa ganitong paraan, ang mga polaroid na may mataas na kalidad at sapat na malaking sukat ay ginawa, na idinisenyo para sa isang malawak na spectral na rehiyon (halimbawa, para sa buong nakikitang hanay ng haba ng daluyong). Ang mga ito ay sapat na mura para sa mass production, at maraming praktikal na aplikasyon ng light polarization ay dahil sa kanila.

7. Prism Nicolas

Ang birefringence ay ginagamit sa disenyo ng Nicol prism (Larawan 19.19) - isang aparato para sa pagkuha ng linearly polarized na ilaw na may mataas na antas ng polariseysyon. Ito ay pinagdikit mula sa dalawang magkaparehong Icelandic spar prisms. Ang interlayer sa pagitan ng mga ito ay Canadian balsam, isang walang kulay na dagta na may mataas na transparency. Ang halaga ng refractive index ng Canadian balsam () ay nasa pagitan ng mga halaga ng mga refractive index ng spar para sa ordinaryong () at hindi pangkaraniwang () ray:

.

Ang natural na unpolarized na ilaw, na bumabagsak sa harap na mukha ng prisma, ay nahahati sa dalawang linearly polarized beam - karaniwan at hindi pangkaraniwang. Ang isang ordinaryong sinag, na mas malakas na na-refracted, ay nahuhulog sa balsam layer sa isang anggulo na mas malaki kaysa sa anggulo ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, ay ganap na sumasalamin mula sa balm layer at hindi pumasa sa pangalawang prism, na hinihigop sa itim na bahagi ng mukha ng ang prisma. Ang pangalawang sinag, ang hindi pangkaraniwang sinag, ay hindi makakaranas ng kabuuang pagmuni-muni sa interface na ito, dahil ito ay mula sa hindi gaanong siksik patungo sa isang optically denser na medium (DIV_ADBLOCK36">

8. Artipisyal na birefringence

Ang birefringence ay maaaring mangyari sa mga transparent na isotropic na katawan, pati na rin sa mga kristal ng cubic system sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga impluwensya: isang malakas na unipormeng electric (Kerr effect) o magnetic field, pati na rin ang mga mekanikal na deformation ng mga katawan. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga refractive na indeks ng ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag ay maaaring magsilbing sukatan ng umuusbong na optical anisotropy. Ipinapakita ng karanasan na ang pagkakaibang ito ay proporsyonal sa parisukat ng lakas ng field (electric o magnetic):

;

,

o mekanikal na stress σ sa isang naibigay na punto sa katawan (iyon ay, ang puwersa sa bawat unit area):

. (19.12)

Maglagay ng glass plate Q sa pagitan tumawid na mga polarizer R at R"(fig.19.20). Hangga't ang salamin ay hindi deformed, ang naturang sistema ay hindi nagpapadala ng liwanag. Kung ang salamin ay napapailalim sa pagpapapangit (halimbawa, sa one-sided compression), ang ilaw ay magsisimulang dumaan sa system, at ang pattern na sinusunod sa ipinadalang mga sinag ay guhitan ng mga kulay na banda. Ang bawat naturang banda ay tumutugma sa pantay na deformed na mga lugar sa plato. Dahil dito, sa pamamagitan ng likas na katangian ng pag-aayos ng mga piraso, maaaring hatulan ng isa ang pamamahagi ng mga stress sa loob ng plato.

Batay sa artipisyal na birefringenceisang optical na paraan para sa pag-aaral ng mga stress ay binuo. Ginawa ng isang transparent na isotropic na materyal (halimbawa, celluloid o plexiglass), isang modelo ng ilang bahagi o istraktura ay inilalagay sa pagitan ng mga crossed polarizer. Ang modelo ay sumasailalim sa mga pagkarga na katulad ng mararanasan ng produkto mismo. Ang larawan na sinusunod sa kasong ito sa ipinadalang puting ilaw ay ginagawang posible upang matukoy ang pamamahagi ng mga stress, pati na rin upang hatulan ang kanilang magnitude (Larawan 19.21, a). Ang paglitaw ng optical anisotropy sa mga transparent na katawan sa ilalim ng pagkarga ay tinatawag photoelasticity.

Ang object ng pag-aaral ay maaaring maging anumang transparent na plastic ruler, pinggan, atbp. (Fig. 19.21, b at c). Kapag tiningnan sa crossed polaroids, makikita ang magagandang pattern ng kulay. Ang mga pattern na ito ay may posibilidad na kumapal malapit sa mga sulok at gilid, mga tahi at mga butas kung saan may mga natitirang stress.

9. Pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon. Polarimetry

Kabilang sa mga phenomena na lumitaw sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng liwanag sa bagay, isang mahalagang lugar, kapwa sa prinsipyo at sa pagsasanay, ay inookupahan ng kababalaghan na natuklasan ni D. Arago noong 1811 kapag nag-aaral ng birefringence sa kuwarts: kapag ang polarized light ay dumaan sa ilang mga sangkap, pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon(fig.19.22).

Ang mga sangkap na maaaring paikutin ang plane ng polarization ng liwanag ay tinatawag na optically active.. Kabilang dito ang mga mala-kristal na katawan (kuwarts, cinnabar, atbp.), mga purong likido (turpentine, nikotina, atbp.) at mga solusyon ng ilang mga sangkap (may tubig na solusyon ng asukal, glucose, tartaric acid, atbp.). Ang pagsukat ng pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon ay naging isang tanyag na pamamaraan ng analytical sa isang bilang ng mga pang-industriyang larangan.

Ang mga crystalline substance, tulad ng quartz, ay pinaka-rotate ang plane of polarization kapag ang liwanag ay dumadami sa optical axis ng crystal. Ang anggulo ng pag-ikot ay proporsyonal sa landas l dumaan sa sinag sa kristal:

. (19.13)

Ang coefficient ay tinatawag pare-pareho ang pag-ikot.

Para sa mga solusyon, natuklasan ni J. Biot (1831) ang mga sumusunod na pattern: ang anggulo ng pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon ay proporsyonal sa landas l sinag sa solusyon at konsentrasyon MULA SA aktibong sangkap sa solusyon:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image082_4.png" width="27" height="24 src="> – tiyak na pag-ikot. Ito ay nagpapakilala sa likas na katangian ng sangkap, depende sa likas na katangian ng sangkap at temperatura. Ang partikular na pag-ikot ay inversely proportional sa square ng wavelength: ~, samakatuwid, kapag ang polarized na ilaw ay dumaan sa isang solusyon ng isang optically active substance, ang mga eroplano ng polarization ng mga wave na may iba't ibang haba ay iikot sa iba't ibang mga anggulo. Depende sa posisyon ng analyzer, ang mga beam ng iba't ibang kulay ay dumadaan dito. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na rotational dispersion.

Sa 20°C at λ=589 nm, ang tiyak na pag-ikot ng asukal ay: . Pare-pareho ang pag-ikot ng quartz para sa mga dilaw na sinag (λ=589 nm): α=21.7 deg/mm, at para sa violet (λ=404.7 nm) α=48.9 deg/mm.

Ipinakita ng mga pag-aaral na ang paliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay ng pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon ng liwanag sa mga natural na aktibong sangkap ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa pangkalahatang problema ng pakikipag-ugnayan ng isang electromagnetic light wave na may mga molekula o mga atomo ng mga sangkap, kung ang mga sukat lamang ay may hangganan. ng mga molekula at ang kanilang istraktura ay isinasaalang-alang. Napakahirap ng gawaing ito. Sa isang pagkakataon, ipinakita ni O. Fresnel (1817) ang isang paglalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, na binabawasan ito sa isang espesyal na uri ng birefringence. Ang pangangatwiran ni Fresnel ay batay sa hypothesis na ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa mga aktibong sangkap ay iba para sa mga alon na nakapolarize sa kaliwa at kanang bilog. Isipin natin ang isang plane-polarized wave bilang isang superposisyon ng dalawang wave na polarized sa isang bilog sa kanan at sa kaliwa na may parehong amplitude at mga panahon. Kung ang parehong mga vector at https://pandia.ru/text/78/081/images/image088_3.png" align="left" width="298" height="290">Kung ang mga bilis ng pagpapalaganap ng parehong wave ay hindi ang pareho, pagkatapos ay sa pagdaan nito sa substance, isa sa mga vector, o https://pandia.ru/text/78/081/images/image002_22.png" width="17 height=23" height="23"> , ay iikot kaugnay sa orihinal na eroplano R(Larawan 19.23, 6).

Ang pagkakaiba sa mga bilis ng liwanag na may iba't ibang direksyon ng pabilog na polariseysyon ay dahil sa kawalaan ng simetrya ng mga molekula (Larawan 19.24, a), o ang asymmetric na pag-aayos ng mga atomo sa kristal (Larawan 19.24, b). Ang mga molekula (mga kristal) na ipinapakita sa kanan ay mga salamin na larawan ng mga molekula (mga kristal) na ipinapakita sa kaliwa. Wala silang sentro ng simetrya o eroplano ng simetriya, at hindi sila maaaring spatially na pinagsama sa isa't isa sa pamamagitan ng anumang mga pag-ikot at displacement. Ang pisikal at kemikal na mga katangian ng purong optical isomer ay eksaktong pareho. Ngunit ang "kaliwa" at "kanan" na mga isomer ay umiikot sa eroplano ng polariseysyon sa magkasalungat na direksyon. Ang mga tiyak na halaga ng pag-ikot para sa parehong mga pagbabago ay naiiba lamang sa sign.

Bilang karagdagan, ang mga epekto ng pisyolohikal at biochemical ng mga optical isomer ay kadalasang naiiba. Kaya, sa buhay na kalikasan, ang mga protina ay binuo mula sa kaliwang kamay na optical isomer ng mga amino acid (19 sa 20 mahahalagang amino acid ay optically active). Ang mga protina na artipisyal na na-synthesize mula sa tamang mga amino acid ay hindi nasisipsip ng katawan; at ang "kaliwang" nikotina ay ilang beses na mas nakakalason kaysa sa "kanan". Ang kahanga-hangang kababalaghan ng nangingibabaw na papel ng isa lamang sa mga anyo ng optical isomer sa mga biological na proseso ay maaaring maging pangunahing kahalagahan para sa pagpapaliwanag ng mga paraan ng pinagmulan at ebolusyon ng buhay sa Earth.

10. Application ng polariseysyon: LCD monitor

Ang LCD (Liquid Crystal Display) na screen ay isang hanay ng maliliit na segment na tinatawag na mga pixel na maaaring manipulahin upang magpakita ng impormasyon.

Ang bawat pixel ng LCD matrix ay binubuo ng isang layer ng mga molekula sa pagitan ng dalawang transparent na electrodes, at dalawang polarization filter, ang polarization plane na kung saan ay patayo (Fig. 19.25). Sa kawalan ng boltahe, ang mga kristal ay nakahanay sa isang helical na istraktura (Larawan 19.26). Ang istraktura na ito ay umiikot sa eroplano ng polariseysyon ng liwanag ng 900, upang ang liwanag ay dumaan sa pangalawang polarizing filter na halos walang pagkawala (Larawan 19.27, a).

Kung ang isang boltahe ay inilapat sa mga electrodes, kung gayon ang mga molekula ay may posibilidad na pumila sa direksyon ng electric field, na sumisira sa helical na istraktura. Sa kasong ito, ang mga nababanat na puwersa ay kinokontra ito, at kapag ang boltahe ay naka-off, ang mga molekula ay bumalik sa kanilang orihinal na posisyon.

Sa isang sapat na lakas ng field, halos lahat ng mga molekula ay nagiging parallel sa bawat isa, na humahantong sa opacity ng istraktura (Larawan 19.27, a). Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng boltahe, maaari mong kontrolin ang antas ng transparency.

Ang mga bagay ay nagiging mas kumplikado para sa mga pagpapakita ng kulay. Dito nabuo ang pixel mula sa tatlong independiyenteng mga cell, na ang bawat isa ay matatagpuan sa itaas ng asul, pula o berdeng lugar ng filter. Kaya, ang bilang ng mga pixel ay nadagdagan ng tatlong beses kumpara sa isang monochrome panel. Sa isang display ng kulay, ang mga gradasyon ng luminance ng bawat pixel na bumubuo sa triad ay ginagamit upang "pagsamahin" ang mga kulay.

11. Panghihimasok ng polarized light

Sa normal na saklaw ng isang sinag ng mga sinag sa isang plato ng kristal, ang optical axis y na kahanay sa repraktibo na ibabaw, ang ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag ay naglalakbay sa parehong direksyon, ngunit sa magkaibang bilis. Hayaan sa naturang plato na may kapal d ang isang plane polarized beam ay insidente sa amplitude ng electric vector E 0, ang eroplano ng polariseysyon kung saan gumagawa ng isang anggulo φ sa eroplano ng pangunahing seksyon ng plato ОО´. Pagkatapos ang parehong mga beam, ordinaryong (o) at hindi pangkaraniwang (e) (Fig. 19.28), ay lilitaw sa plato, at sila ay magkakaugnay. Sa sandali ng kanilang paglitaw sa plato, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay katumbas ng zero, ngunit ito ay tataas habang ang mga sinag ay tumagos sa plato. Kalkulahin natin ang phase difference na ito.

Ang pagkakaiba sa optical path Δ ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga haba ng optical path ng ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag:

Samakatuwid ang pagkakaiba sa bahagi sa pagitan ng parehong mga beam ay katumbas ng

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

ay may malaking kahalagahan sa kristal na optika.
Ang mga kulay na nakuha na may iba't ibang mga pagkakaiba sa landas ay ipinapakita sa talahanayan ng Michel-Levy (Larawan 19.31).

12. Ang phenomenon ng light dispersion. pagpapakalat ng bagay. Normal at abnormal na pagpapakalat

Napansin ng lahat ang phenomenon ng light dispersion nang humanga sila sa bahaghari (Larawan 19.32). Ang hitsura nito ay dahil sa kabuuang panloob na pagmuni-muni ng mga sinag sa mga patak ng tubig, pati na rin ang dependence ng refractive index sa wavelength..png" width="68" height="25">.

Ang dispersion ng liwanag ay ang pag-asa ng refractive index ng isang substance sa frequency (o wavelength).l ) liwanag o bilis ng bahagi https://pandia.ru/text/78/081/images/image109_3.png" width="68" height="25">.

Sa kauna-unahang pagkakataon, eksperimento na inimbestigahan ni Newton ang pagpapakalat ng liwanag sa paligid ng 1672. Ang kinahinatnan ng dispersion ay ang pagkabulok sa isang spectrum ng puting liwanag kapag ito ay dumaan sa isang prisma (Larawan 19.33). Matapos ang pagpasa ng liwanag sa pamamagitan ng isang prisma, ang isang spectrum ay nabuo kung saan ang mga linya ng bawat dalas (haba ng daluyong) ay sumasakop sa isang napaka tiyak na lugar. Ang mga pulang sinag, na may mas mahabang haba ng daluyong, ay hindi gaanong pinalihis kaysa sa mga kulay-lila; samakatuwid, ang dispersion spectrum ay kabaligtaran sa diffraction spectrum, kung saan ang mga pulang sinag ay mas malakas na pinalihis. Halaga

tinawag pagpapakalat ng bagay nagpapakita kung gaano kabilis nagbabago ang refractive index sa wavelength. Mayroong dalawang uri ng dispersion: normal(D<0), при которой показатель преломления монотонно увеличивается с ростом частоты; и maanomalya(D>0), kung saan bumababa ang refractive index sa pagtaas ng dalas. Para sa lahat ng transparent na walang kulay na sangkap sa nakikitang bahagi ng spectrum, ang dispersion ay normal (mga seksyon 1-2 at 3-4 sa Fig. 19.34). Kung ang isang sangkap ay sumisipsip ng liwanag sa isang tiyak na hanay ng mga wavelength (mga frequency), kung gayon ang pagpapakalat sa rehiyon ng pagsipsip ay nagiging maanomalyang (seksyon 2-3 ng Fig. 19.34).

13. Teorya ng pagpapakalat ni Lorentz. Relasyon sa pagitan ng light absorption at maanomalyang dispersion

Ito ay kilala mula sa electromagnetic theory ni Maxwell na ang phase velocity ng electromagnetic waves ay katumbas ng

saan c- bilis ng liwanag sa vacuum; e – dielectric permittivity ng daluyan; m – magnetic permeability ng medium. Para sa karamihan ng transparent na media m=1, samakatuwid,

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

Gayunpaman, lumilitaw ang ilang mga kontradiksyon mula sa huling kaugnayan: 1) n – variable, at e – pare-pareho para sa isang naibigay na sangkap; 2) mga halaga n hindi sumasang-ayon sa mga pang-eksperimentong halaga; hal. para sa tubig n≈ 1.33, a e=81.

Ang mga kahirapan sa pagpapaliwanag ng dispersion mula sa punto ng view ng electromagnetic theory ni Maxwell ay inalis ng electron theory ni Lorentz. Sa teorya ni Lorentz, ang pagpapakalat ng liwanag ay itinuturing bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga electromagnetic wave sa bagay. Ang paggalaw ng mga electron sa isang atom ay sumusunod sa mga batas ng quantum mechanics. Sa partikular, ang konsepto ng trajectory ng isang electron sa isang atom ay nawawalan ng lahat ng kahulugan. Gayunpaman, tulad ng ipinakita ni Lorentz, para sa isang husay na pag-unawa sa maraming optical phenomena, sapat na upang ikulong ang ating sarili sa hypothesis ng pagkakaroon ng quasi-elastically bound electron sa loob ng mga atomo at molekula. Inialis sa posisyon ng balanse, ang mga naturang electron ay magsisimulang mag-oscillate, unti-unting nawawala ang enerhiya ng mga oscillations sa radiation ng mga electromagnetic wave. Bilang isang resulta, ang mga oscillations ay damped. Maaaring isaalang-alang ang pamamasa sa pamamagitan ng pagpapakilala ng "friction force" na proporsyonal sa bilis.

Isang electromagnetic wave kung saan nagbabago ang vector ng lakas ng electric field ayon sa batas:

, (19.20)

na dumadaan sa sangkap, kumikilos sa bawat elektron na may puwersa:

, (19.21)

saan E Ang 0 ay ang amplitude ng lakas ng patlang ng kuryente ng alon.

Batay sa ikalawang batas ni Newton, maaari nating isulat ang differential equation para sa mga electron oscillations:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image120_3.png" width="76" height="48">. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersa (19.21), ang electron ay nagsasagawa ng sapilitang mga oscillations:

, (19.23)

malawak PERO at phase j na kung saan ay tinutukoy ng mga formula:

; https://pandia.ru/text/78/081/images/image108_3.png" width="15" height="16">, iba sa bilis ng mga alon sa vacuum..png" width="15" taas=" 16"> mula sa ω.

Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, babalewalain muna natin ang pagpapahina dahil sa radiation (β=0), pagkatapos ay mula sa (19.24) makuha natin ang:

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

Isinasaalang-alang (19.20):

.

Bilang resulta ng pag-aalis ng mga electron mula sa mga posisyon ng balanse, ang molekula ay makakakuha ng isang electric dipole moment:

. (19.26)

Ipinapalagay dito na ang bawat atom (o molekula) ng isang sangkap ay maaaring ituring bilang isang sistema ng ilang mga harmonic oscillator - mga particle na may charge na may iba't ibang epektibong singil. q ako at masa m i, na ang natural na undamped oscillation frequency ay katumbas ng https://pandia.ru/text/78/081/images/image130_3.png" width="297" height="65 src=">. (19.27)

Ang permittivity ng isang substance ay nauugnay sa dielectric suceptibility:

at ang magnitude ng polarization vector ay:

mula (19.19), (19.27-19.29):

https://pandia.ru/text/78/081/images/image129_3.png" width="29" height="25">, sum in (19..png" width="29" height="25" >.png" width="29" height="25">.png" width="29" height="25">. Ang pag-uugaling ito ng function ay dahil sa katotohanang napabayaan namin ang pamamasa: itinakda namin ang β=0 . Kapag ang β ay iba sa zero, ang function (19.30) ay nananatiling may hangganan para sa lahat ng value ng ω Fig. 19.35 ay nagpapakita ng pag-uugali ng function (19.30) nang walang damping (dashed line) at dependence n 2=f(ω) na isinasaalang-alang ang pagpapalambing (solid curve). Pupunta

mula sa mga frequency hanggang sa mga wavelength, nakukuha natin ang curve na ipinapakita sa Fig. 19.34.

Kaya, sa mga saklaw ng dalas na malapit sa mga electron eigenfrequencies , nagaganap ang maanomalyang pagpapakalat, habang sa ibang mga rehiyon, ito ay normal. Ang mga lugar ng maanomalyang dispersion ay mga resonant na lugar. Sa resonance dahil sa lakas ng pagmamaneho (19.21), ang amplitude ng sapilitang mga oscillations ay pinakamataas, habang tinitiyak ang maximum na rate ng supply ng enerhiya sa system, ang light wave ay nasisipsip. Kaya, ang mga lugar ng maanomalyang pagpapakalat, dahil sa kanilang resonant na kalikasan, ay mga lugar ng pagsipsip. Sa Fig. 19.36, ang tuldok na kurba ay naglalarawan ng pag-uugali ng koepisyent ng pagsipsip ng liwanag ng isang sangkap.

Sa simula ng huling siglo, pinag-aralan niya ang maanomalyang pagpapakalat sa singaw ng sodium. Iminungkahi niya ang isang paraan para sa quantitative determination ng maanomalyang dispersion, na tinatawag na hook method. Nakuha ng pamamaraan ang pangalan nito dahil sa katangiang baluktot ng mga fringes ng interference (Fig. 19.37), na sumasalamin sa pagbabago sa refractive index malapit sa double absorption band ng sodium vapor. Ang mga kawit ay nakuha dahil sa pagkakaiba sa landas ng mga sinag na dumaan sa singaw ng sodium sa interferometer.

Ang teorya ng elementarya ng pagpapakalat ng Lorentz ay naging posible na ipaliwanag ang normal at maanomalyang pagpapakalat, pati na rin ang pagpili ng liwanag na pagsipsip sa iba't ibang mga frequency, iyon ay, ang mismong katotohanan ng pagkakaroon ng mga banda ng pagsipsip. Gayunpaman, ang pagkakaiba sa mga intensidad ng mga banda ay hindi maipaliwanag sa loob ng balangkas ng klasikal na teorya. Ang pagsipsip ng liwanag ay may mahalagang katangiang quantum.

14. Banayad na pagsipsip. Batas ni Bouguer

Ito ay kilala mula sa mga eksperimento na kapag ang liwanag ay dumaan sa isang sangkap, ang intensity nito ay bumababa. Ang pagsipsip ng liwanag ay ang kababalaghan ng pagbaba ng enerhiya ng isang magaan na alon habang ito ay nagpapalaganap sa isang sangkap, na nangyayari bilang isang resulta ng pagbabago ng enerhiya ng alon sa panloob na enerhiya ng sangkap o sa enerhiya ng pangalawang radiation. na may ibang spectral na komposisyon at direksyon ng pagpapalaganap. Ang pagsipsip ng liwanag ay maaaring magdulot ng pag-init ng isang substance, paggulo at ionization ng mga atom o molekula, photochemical reactions, at iba pang proseso sa isang substance.

Noong ika-18 siglo, si Bouguer sa eksperimento at Lambert ay theoretically itinatag ang batas ng light absorption. Kapag ang liwanag ay dumaan sa isang manipis na layer ng isang absorbing medium sa direksyon x pagbaba sa intensity ng liwanag dI proporsyonal sa intensity ako at ang kapal ng dumaan na layer dx(fig.19.38):

. (19.31)

Ang “–” sign ay nagpapahiwatig na ang intensity ay bumababa. Ang koepisyent ng proporsyonalidad sa (19.31) ay tinatawag natural na rate ng pagsipsip (koepisyent ng pagsipsip) kapaligiran. Depende ito sa kemikal na kalikasan at estado ng sumisipsip na daluyan at sa haba ng daluyong ng liwanag. Ibahin natin at isama ang ekspresyong ito:

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

.

Dito ako 0 at ako ay ang mga intensidad ng radiation sa input at output ng medium layer na may kapal d. Pagkatapos ng mga pagbabago, nakukuha namin:

;

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

saan MULA SA ay ang konsentrasyon ng solusyon, at ang c ay isang proporsyonalidad na kadahilanan na hindi nakadepende sa konsentrasyon. Sa mga puro solusyon, nilalabag ang batas ng Beer dahil sa impluwensya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng malapit na pagitan ng mga molekula ng sumisipsip na substansiya. Mula sa (19.32) at (19.33) nakukuha natin Batas ng Bouguer-Lambert-Beer:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image153_3.png" width="53" height="52 src="> ay tinatawag transmittance at madalas na ipinahayag bilang isang porsyento:

.

Optical density ay tinutukoy ng natural (o decimal) logarithm ng transmission:

https://pandia.ru/text/78/081/images/image157_3.png" align="left" width="220" height="228">Depende ang absorption coefficient sa light wavelength λ (o frequency ω) Para sa isang sangkap sa ganoong estado na halos hindi nakakaapekto ang mga atomo o molekula sa isa't isa (mga gas at metal na singaw sa mababang presyon), ang absorption coefficient para sa karamihan ng mga wavelength ay malapit sa zero at para lamang sa napakakitid na spectral na rehiyon ay nagpapakita ng matalim na pinakamataas (sa Ipinapakita ng Fig. 19.39 ang spectrum ng sodium vapor.) Ang maxima na ito, ayon sa elementary electron theory ni Lorentz, ay tumutugma sa resonant frequency ng vibrations ng mga electron sa atoms. Sa kaso ng polyatomic molecules, ang mga frequency ay matatagpuan din na tumutugma sa vibrations ng atoms sa loob mga molekula.mas kaunting atomic - nahuhulog sila sa infrared na rehiyon ng spectrum.

Ang mga solid, likido at gas sa matataas na presyon ay nagbibigay ng malawak na mga banda ng pagsipsip (Fig. 19.40 ay nagpapakita ng spectrum ng isang phenol solution). Habang tumataas ang presyon ng gas, ang maxima ng pagsipsip, sa simula ay napakakitid, ay lumalawak nang higit pa, at sa mataas na presyon, ang spectrum ng pagsipsip ng mga gas ay lumalapit sa spectra ng pagsipsip ng mga likido. Ang katotohanang ito ay nagpapahiwatig na ang pagpapalawak ng mga banda ng pagsipsip ay ang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga atomo (o mga molekula) sa isa't isa.

Ang mga metal ay halos malabo sa liwanag. Ito ay dahil sa pagkakaroon ng mga libreng electron sa mga metal. Sa ilalim ng pagkilos ng electric field ng isang magaan na alon, ang mga libreng electron ay nagsisimulang gumalaw - ang mabilis na alternating na alon ay lumabas sa metal, na sinamahan ng paglabas ng init ng Lenz-Joule. Bilang resulta, ang enerhiya ng liwanag na alon ay mabilis na bumababa, na nagiging panloob na enerhiya ng metal.

15. Epekto ng Cherenkov-Vavilov

Noong 1934, nagtatrabaho sa ilalim ng pangangasiwa, natuklasan niya ang isang espesyal na uri ng likidong glow sa ilalim ng pagkilos ng mga sisingilin na particle, tulad ng mga electron.

Ang isang naka-charge na particle na gumagalaw nang pare-pareho ay hindi nagliliwanag - ngunit kung ang bilis nito ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag sa isang partikular na medium. Sa

https://pandia.ru/text/78/081/images/image159_3.png" align="left" width="316" height="218 src="> Mga tampok ng radiation:

1) kumakalat ito sa mga generatrice ng isang kono na may vertex sa punto kung saan matatagpuan ang particle (Larawan 19.41);

2) ang anggulo sa pagitan ng bilis ng butil at direksyon ng radiation ay tinutukoy ng kaugnayan:

sa pamamagitan ng polariseysyon

http://www. /manood? v=gbu9tIykgDM

pag-ikot ng eroplano ng polariseysyon

http://www. /manood? v=GeUqERAz3YY

sa pamamagitan ng pagpapakalat

http://www. /manood? v=efjJXc_ME4E

Doktor ng Teknikal na Agham A. GOLUBEV.

Dalawang ganap na magkaparehong mga plato ng bahagyang madilim na salamin o nababaluktot na plastik, na pinagsama, ay halos transparent. Ngunit ito ay nagkakahalaga ng pag-ikot ng sinuman sa pamamagitan ng 90, dahil lumilitaw ang solidong itim sa harap ng mata. Ito ay maaaring mukhang isang himala: pagkatapos ng lahat, ang bawat plato ay transparent sa anumang pagliko. gayunpaman, ang isang maingat na pagtingin ay magbubunyag na sa ilang mga anggulo ng pag-ikot, ang liwanag na nakasisilaw mula sa tubig, salamin at makintab na mga ibabaw ay nawawala. Ang parehong ay maaaring maobserbahan kapag tinitingnan ang screen ng isang computer LCD monitor sa pamamagitan ng plato: kapag ito ay nakabukas, ang liwanag ng screen ay nagbabago at, sa ilang mga posisyon, ay ganap na lumalabas. Ang "salarin" ng lahat ng ito (at marami pang iba) kakaibang phenomena ay polarized light. Ang polarization ay isang katangian na maaaring magkaroon ng mga electromagnetic wave, kabilang ang nakikitang liwanag. Ang polariseysyon ng liwanag ay may maraming kawili-wiling mga aplikasyon at nararapat na talakayin nang mas detalyado.

Agham at buhay // Mga Ilustrasyon

Mechanical na modelo ng linear polarization ng isang light wave. Ang puwang sa bakod ay nagpapahintulot sa mga panginginig ng boses ng lubid lamang sa patayong eroplano.

Sa isang anisotropic na kristal, ang isang light beam ay nahahati sa dalawang beam na nakapolarized sa magkaparehong patayo (orthogonal) na direksyon.

Ang ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag ay pinagsama sa spatial, ang mga amplitude ng mga light wave ay pareho. Kapag idinagdag ang mga ito, lumitaw ang isang polarized wave.

Ito ay kung paano ang liwanag ay dumadaan sa isang sistema ng dalawang polaroid: a - kapag sila ay parallel; b - tumawid; c - matatagpuan sa isang di-makatwirang anggulo.

Dalawang pantay na puwersa na inilapat sa punto A sa magkabilang patayo na direksyon ang nagiging sanhi ng pendulum na gumalaw kasama ng isang pabilog, rectilinear o elliptical trajectory (ang isang tuwid na linya ay isang "degenerate" na ellipse, at isang bilog ang espesyal na kaso nito).

Agham at buhay // Mga Ilustrasyon

Fizpraktikum. kanin. isa.

Fizpraktikum. kanin. 2.

Fizpraktikum. kanin. 3.

Fizpraktikum. kanin. apat.

Fizpraktikum. kanin. 5.

Fizpraktikum. kanin. 6.

Fizpraktikum. kanin. 7.

Fizpraktikum. kanin. walo.

Fizpraktikum. kanin. 9.

Mayroong maraming mga oscillatory na proseso sa kalikasan. Ang isa sa mga ito ay ang mga harmonic oscillations ng mga electric at magnetic field, na bumubuo ng isang alternating electromagnetic field na nagpapalaganap sa espasyo sa anyo ng mga electromagnetic wave. Ang mga alon na ito ay nakahalang - ang mga vectors e at n ng mga lakas ng electric at magnetic field ay magkaparehong patayo at nag-o-oscillate sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon.

Ang mga electromagnetic wave ay kondisyon na nahahati sa mga hanay ayon sa mga wavelength na bumubuo sa spectrum. Ang pinakamalaking bahagi nito ay inookupahan ng mga radio wave na may wavelength mula 0.1 mm hanggang daan-daang kilometro. Ang isang maliit ngunit napakahalagang bahagi ng spectrum ay ang optical range. Ito ay nahahati sa tatlong rehiyon - ang nakikitang bahagi ng spectrum, na sumasakop sa pagitan ng humigit-kumulang 0.4 microns (violet light) hanggang 0.7 microns (red light), ultraviolet (UV) at infrared (IR), invisible sa mata. Samakatuwid, ang polarization phenomena ay naa-access sa direktang pagmamasid lamang sa nakikitang rehiyon.

Kung ang mga oscillations ng electric field strength vector e ng isang light wave ay random na umiikot sa espasyo, ang wave ay tinatawag na unpolarized, at ang liwanag ay tinatawag na natural. Kung ang mga oscillations na ito ay nangyayari sa isang direksyon lamang, ang wave ay linearly polarized. Ang isang unpolarized wave ay na-convert sa isang linearly polarized gamit ang mga polarizer - mga device na nagpapadala ng mga vibrations sa isang direksyon lamang.

Subukan nating ilarawan ang prosesong ito nang mas malinaw. Isipin natin ang isang ordinaryong kahoy na bakod, sa isa sa mga board kung saan pinutol ang isang makitid na patayong puwang. Dumaan tayo sa isang lubid sa puwang na ito; inaayos namin ang dulo nito sa likod ng bakod at sinimulan ang pag-alog ng lubid, pinipilit itong mag-oscillate sa iba't ibang mga anggulo sa patayo. Tanong: paano manginig ang lubid sa likod ng puwang?

Ang sagot ay halata: sa likod ng puwang, ang lubid ay magsisimulang mag-oscillate lamang sa patayong direksyon. Ang amplitude ng mga oscillations na ito ay depende sa direksyon ng mga displacement na dumarating sa slot. Ang mga vertical na vibrations ay ganap na dadaan sa slot at magbibigay ng maximum na amplitude, pahalang na vibrations - ang slot ay hindi mawawala. At ang lahat ng iba pa, "hilig", ay maaaring mabulok sa pahalang at patayong mga bahagi, at ang amplitude ay depende sa magnitude ng vertical na bahagi. Ngunit sa anumang kaso, ang mga vertical oscillations lamang ang mananatili sa likod ng slit! Iyon ay, ang puwang sa bakod ay isang modelo ng isang polarizer na nagko-convert ng mga di-polarized na oscillations (waves) sa mga linearly polarized.

Bumalik tayo sa mundo. Mayroong ilang mga paraan upang makakuha ng linearly polarized na liwanag mula sa natural, unpolarized na liwanag. Ang pinakakaraniwang ginagamit na polymer film na may mahabang molekula na nakatuon sa isang direksyon (tandaan ang bakod na may hiwa!), mga prisma at mga plato na may birefringence, o optical anisotropy (mga pagkakaiba sa pisikal na katangian sa iba't ibang direksyon).

Ang optical anisotropy ay sinusunod sa maraming mga kristal - tourmaline, Icelandic spar, quartz. Ang mismong kababalaghan ng dobleng repraksyon ay nakasalalay sa katotohanan na ang isang sinag ng liwanag na bumabagsak sa isang kristal ay nahahati sa dalawa sa loob nito. Sa kasong ito, ang refractive index ng kristal para sa isa sa mga sinag na ito ay pare-pareho sa anumang anggulo ng saklaw ng input beam, at para sa isa pa ito ay nakasalalay sa anggulo ng saklaw (iyon ay, ang kristal ay anisotropic para dito). Ang sitwasyong ito ay labis na humanga sa mga natuklasan na ang unang sinag ay tinawag na ordinaryo, at ang pangalawa - hindi pangkaraniwang. At napakahalaga na ang mga beam na ito ay linearly polarized sa magkabilang patayo na mga eroplano.

Tandaan na sa gayong mga kristal ay may isang direksyon kung saan hindi nagaganap ang dobleng repraksyon. Ang direksyon na ito ay tinatawag na optical axis ng kristal, at ang kristal mismo ay tinatawag na uniaxial. Ang optical axis ay tiyak na direksyon, ang lahat ng mga linya na tumatakbo kasama nito ay may pag-aari ng optical axis. Ang mga biaxial na kristal ay kilala rin - mica, dyipsum at iba pa. Sumasailalim din sila sa dobleng repraksyon, ngunit ang parehong mga sinag ay naging pambihira. Sa mga biaxial na kristal, mas kumplikadong mga phenomena ang sinusunod, na hindi namin hawakan.

Sa ilang mga uniaxial na kristal, isa pang kakaibang kababalaghan ang natuklasan: karaniwan at hindi pangkaraniwang mga sinag ay nakakaranas ng makabuluhang naiibang pagsipsip (ang kababalaghang ito ay tinatawag na dichroism). Kaya, sa tourmaline, ang ordinaryong sinag ay nasisipsip nang halos ganap na sa isang landas na halos isang milimetro, at ang pambihirang isa ay dumadaan sa buong kristal na halos walang pagkawala.

Ang mga birefringent na kristal ay ginagamit upang makagawa ng linearly polarized na ilaw sa dalawang paraan. Ang una ay gumagamit ng mga kristal na walang dichroism; Ang mga prism ay ginawa mula sa kanila, na binubuo ng dalawang tatsulok na prisma na may pareho o patayo na oryentasyon ng mga optical axes. Sa mga ito, alinman sa isang sinag ay lumihis sa gilid, upang ang isang linearly polarized na sinag lamang ang lumabas sa prisma, o ang parehong mga sinag ay lumabas, ngunit pinaghihiwalay ng isang malaking anggulo. Sa pangalawang paraan, ang mga malakas na dichroic na kristal ay ginagamit, kung saan ang isa sa mga sinag ay nasisipsip, o mga manipis na pelikula - mga polaroid sa anyo ng mga sheet ng isang malaking lugar.

Kumuha tayo ng dalawang polaroid, pagsama-samahin ang mga ito at tingnan ang mga ito sa ilang pinagmumulan ng natural na liwanag. Kung ang transmission axes ng parehong polaroids (iyon ay, ang mga direksyon kung saan sila nagpolarize ng liwanag) ay nag-tutugma, makikita ng mata ang liwanag ng pinakamataas na ningning; kung sila ay patayo, ang ilaw ay halos ganap na patay.

Ang ilaw mula sa pinagmulan, na dumadaan sa unang polaroid, ay magiging linearly polarized kasama ang transmission axis nito at sa unang kaso ay malayang dadaan sa pangalawang polaroid, at sa pangalawang kaso ay hindi ito papasa (alalahanin ang halimbawa na may puwang sa ang bakod). Sa unang kaso, ang mga polaroid ay sinasabing parallel; sa pangalawang kaso, ang mga polaroid ay sinasabing tumawid. Sa mga intermediate na kaso, kapag ang anggulo sa pagitan ng mga transmission axes ng mga polaroid ay naiiba sa 0 o 90°, makakakuha din kami ng mga intermediate na halaga ng liwanag.

Tayo ay pumunta sa karagdagang. Sa anumang polarizer, ang papasok na ilaw ay nahahati sa dalawang spatially separated at linearly polarized beam sa magkabilang patayo na mga eroplano - karaniwan at hindi pangkaraniwang. At ano ang mangyayari kung ang ordinaryong at pambihirang mga sinag ay hindi spatially na pinaghihiwalay at isa sa mga ito ay hindi napatay?

Ipinapakita ng figure ang isang circuit na nagpapatupad ng kasong ito. Ang liwanag ng isang tiyak na wavelength, na dumadaan sa isang polarizer P at nagiging linearly polarized, ay nangyayari sa isang anggulo na 90 o sa isang plate P, na pinutol mula sa isang uniaxial na kristal na kahanay sa optical axis nito ZZ. Dalawang alon ang kumakalat sa plato - karaniwan at hindi pangkaraniwang - sa parehong direksyon, ngunit sa magkaibang bilis (dahil mayroon silang iba't ibang mga indeks ng repraktibo). Ang pambihirang alon ay polarized sa kahabaan ng optical axis ng kristal, habang ang ordinaryong alon ay polarized sa patayo na direksyon. Ipagpalagay natin na ang anggulo a sa pagitan ng direksyon ng polariseysyon ng liwanag na insidente sa plato (ang transmission axis ng polarizer P) at ang optical axis ng plate ay 45° at ang mga amplitude ng oscillations ng ordinaryo at hindi pangkaraniwang mga alon. Oh oh at A e ay pantay-pantay. Ito ang kaso ng pagdaragdag ng dalawang mutually perpendicular vibrations na may parehong amplitude. Tingnan natin kung ano ang mangyayari bilang resulta.

Para sa kalinawan, bumaling tayo sa isang mekanikal na pagkakatulad. Mayroong isang palawit, isang tubo ang nakakabit dito na may isang manipis na daloy ng tinta na umaagos mula dito. Ang pendulum ay nag-oscillates sa isang mahigpit na nakapirming direksyon, at ang tinta ay gumuhit ng isang tuwid na linya sa isang piraso ng papel. Ngayon ay itulak namin ito (nang walang tigil) sa direksyon na patayo sa eroplano ng swing, upang ang hanay ng mga oscillations nito sa bagong direksyon ay kapareho ng sa paunang isa. Kaya, mayroon kaming dalawang orthogonal oscillations na may parehong amplitudes. Ang iginuhit ng tinta ay depende sa kung saan sa trajectory AOB may pendulum nung tinulak namin.

Ipagpalagay na itinulak namin siya sa sandaling siya ay nasa matinding kaliwang posisyon, sa punto PERO. Pagkatapos ay dalawang pwersa ang kikilos sa pendulum: ang isa sa direksyon ng paunang paggalaw (patungo sa punto O), ang isa sa patayo na direksyon AS. Dahil ang mga puwersang ito ay magkapareho (ang mga amplitude ng mga patayong oscillations ay pantay), ang pendulum ay pupunta sa pahilis AD. Ang trajectory nito ay magiging isang tuwid na linya na papunta sa isang anggulo na 45 o sa mga direksyon ng parehong oscillations.

Kung itulak mo ang pendulum kapag ito ay nasa matinding kanang posisyon, sa puntong B, kung gayon mula sa katulad na pangangatwiran ay malinaw na ang trajectory nito ay magiging tuwid din, ngunit paikutin ng 90 o. Kung itulak mo ang pendulum sa midpoint O, ang dulo ng pendulum ay maglalarawan ng isang bilog, at kung sa ilang di-makatwirang punto - isang ellipse; bukod dito, ang hugis nito ay nakasalalay sa eksaktong punto kung saan itinulak ang pendulum. Samakatuwid, ang bilog at ang linya ay mga espesyal na kaso ng elliptical motion (ang linya ay isang "degenerate" ellipse).

Ang resultang pendulum swing sa isang tuwid na linya ay isang linear polarization model. Kung ang trajectory nito ay naglalarawan ng isang bilog, ang oscillation ay tinatawag na circularly polarized o circularly polarized. Depende sa direksyon ng pag-ikot, clockwise o counter-clockwise, ang isa ay nagsasalita ng kanan o kaliwang circular polarization, ayon sa pagkakabanggit. Sa wakas, kung ang pendulum ay sumusubaybay sa isang ellipse, ang oscillation ay sinasabing elliptically polarized, kung saan ang isa ay nakikilala din sa pagitan ng kanan at kaliwang elliptical polarization.

Ang halimbawa na may pendulum ay nagbibigay ng visual na representasyon kung anong uri ng polarization ang matatanggap ng isang oscillation, na nangyayari kapag ang dalawang magkaparehong patayo na linearly polarized na oscillations ay idinagdag. Ang tanong ay lumitaw: ano ang analogue ng pagtatakda ng pangalawang (patayo) oscillation sa iba't ibang mga punto ng pendulum trajectory para sa mga light wave?

Ang mga ito ay ang phase difference φ ng ordinary at extraordinary waves. Ang pagtulak ng pendulum sa punto PERO tumutugma sa pagkakaiba sa zero phase, sa punto SA - ang phase difference ay 180 o, sa punto O - 90 o kung ang pendulum ay dumaan sa puntong ito mula kaliwa hanggang kanan (mula A hanggang B), o 270 o kung mula kanan papuntang kaliwa (mula sa B sa A). Dahil dito, kapag nagdaragdag ng mga light wave na may orthogonal linear polarizations at pantay na amplitudes, ang polarization ng resultang wave ay nakasalalay sa phase difference ng mga idinagdag na waves.

Ipinapakita ng talahanayan na may pagkakaiba sa phase na 0 o at 180 o, ang elliptical polarization ay nagiging isang linear, na may pagkakaiba na 90 o at 270 o - sa isang circular polarization na may iba't ibang direksyon ng pag-ikot ng nagresultang vector. At ang elliptical polarization ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng dalawang orthogonal linearly polarized waves at may phase difference na 90 o 270 o, kung ang mga wave na ito ay may iba't ibang amplitude. Bilang karagdagan, ang circularly polarized na ilaw ay maaaring makuha nang hindi nagdaragdag ng dalawang linearly polarized na alon, halimbawa, na may epekto ng Zeeman - paghahati ng mga parang multo na linya sa isang magnetic field. Ang unpolarized na ilaw na may frequency v, na dumadaan sa magnetic field na inilapat sa direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag, ay nahahati sa dalawang bahagi na may kaliwa at kanang pabilog na polarization at mga frequency na simetriko na may kinalaman sa ν (ν - ∆ν) at (ν + ∆ν) .

Ang isang napaka-karaniwang paraan para sa pagkuha ng iba't ibang uri ng polariseysyon at ang kanilang pagbabago ay ang paggamit ng tinatawag na mga phase plate na gawa sa isang birefringent na materyal na may mga refractive index. hindi at n e . Kapal ng plato d ay pinili upang sa output nito ang pagkakaiba ng bahagi sa pagitan ng ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga bahagi ng alon ay 90 o 180 o. Ang pagkakaiba sa phase na 90 o ay tumutugma sa isang pagkakaiba sa optical path d(n o - n e), katumbas ng λ / 4, at ang phase difference 180 tungkol sa - λ / 2, kung saan ang λ ay ang wavelength ng liwanag. Ang mga rekord na ito ay tinatawag na quarter-wave at half-wave. Ito ay halos imposible na gumawa ng isang plate na isang-ikaapat o kalahati ng isang wavelength na makapal, kaya ang parehong resulta ay nakuha sa mas makapal na mga plato, na nagbibigay ng pagkakaiba sa landas ng (kλ + λ/4) at (kλ + λ/2), kung saan k ay ilang integer. Ang isang quarter-wave plate ay nagko-convert ng linearly polarized na ilaw sa elliptically polarized na liwanag; kung ang plato ay kalahating alon, pagkatapos ay ang linearly polarized na ilaw ay nakuha din sa output nito, ngunit sa direksyon ng polariseysyon patayo sa papasok. Ang pagkakaiba sa bahagi ng 45° ay magbibigay ng pabilog na polariseysyon.

Kung maglalagay tayo ng birefringent plate ng arbitraryong kapal sa pagitan ng parallel o crossed polaroids at titingnan ang sistemang ito sa puting liwanag, makikita natin na naging kulay ang field of view. Kung ang kapal ng plato ay hindi pareho, lumilitaw ang maraming kulay na mga lugar, dahil ang pagkakaiba ng bahagi ay nakasalalay sa haba ng daluyong ng liwanag. Kung ang isa sa mga polaroid (hindi mahalaga kung alin) ay pinaikot ng 90 o, ang mga kulay ay magbabago sa mga karagdagang: pula - sa berde, dilaw - sa lila (sa kabuuan ay nagbibigay sila ng puting liwanag).

Ang polarized light ay iminungkahi na gamitin upang protektahan ang driver mula sa nakakasilaw na ilaw ng mga headlight ng isang paparating na kotse. Kung ang mga film polaroid na may transmission angle na 45 o ay inilapat sa windshield at mga headlight ng isang kotse, halimbawa, sa kanan ng vertical, malinaw na makikita ng driver ang kalsada at mga paparating na sasakyan na iluminado ng sarili nilang mga headlight. Ngunit para sa mga paparating na sasakyan, ang mga polaroid ng mga headlight ay tatawid sa polaroid ng windshield ng kotse na ito, at ang mga headlight ng mga paparating na sasakyan ay papatayin.

Dalawang crossed polaroid ang bumubuo sa batayan ng maraming kapaki-pakinabang na mga aparato. Ang liwanag ay hindi dumadaan sa mga crossed polaroids, ngunit kung maglalagay ka ng optical element sa pagitan ng mga ito na umiikot sa plane of polarization, maaari mong buksan ang daan para sa liwanag. Ito ay kung paano inayos ang mga high-speed electro-optical light modulators. Sa pagitan ng mga crossed polaroid, halimbawa, isang birefringent na kristal ang inilalagay, kung saan inilalapat ang isang de-koryenteng boltahe. Sa isang kristal, bilang resulta ng interaksyon ng dalawang orthogonal linearly polarized waves, ang liwanag ay nagiging elliptically polarized na may bahagi sa transmission plane ng pangalawang polaroid (linear electro-optical effect, o Pockels effect). Kapag ang isang alternating boltahe ay inilapat, ang hugis ng ellipse ay pana-panahong magbabago at, dahil dito, ang halaga ng bahagi na dumadaan sa pangalawang polaroid. Ito ay kung paano isinasagawa ang modulasyon - isang pagbabago sa intensity ng liwanag na may dalas ng inilapat na boltahe, na maaaring napakataas - hanggang sa 1 gigahertz (10 9 Hz). Ito ay lumiliko ang isang shutter na nakakagambala sa liwanag ng isang bilyong beses sa isang segundo. Ginagamit ang Ego sa maraming mga teknikal na aparato - sa mga electronic rangefinder, optical na channel ng komunikasyon, teknolohiya ng laser.

Ang tinatawag na photochromic na baso ay kilala, nagpapadilim sa maliwanag na sikat ng araw, ngunit hindi maprotektahan ang mga mata na may napakabilis at maliwanag na flash (halimbawa, sa panahon ng electric welding) - ang proseso ng pagdidilim ay medyo mabagal. Ang mga polarized na baso batay sa epekto ng Pockels ay may halos madaliang "reaksyon" (mas mababa sa 50 μs). Ang liwanag ng isang maliwanag na flash ay pumapasok sa mga maliliit na photodetector (photodiodes), na nagbibigay ng isang de-koryenteng signal, sa ilalim ng impluwensya kung saan ang mga baso ay nagiging malabo.

Ang mga polarized na baso ay ginagamit sa stereo cinema, na nagbibigay ng ilusyon ng three-dimensionality. Ang ilusyon ay batay sa paglikha ng isang pares ng stereo - dalawang imahe na kinunan sa magkaibang mga anggulo, na tumutugma sa mga anggulo ng view ng kanan at kaliwang mata. Isinasaalang-alang ang mga ito upang ang bawat mata ay nakikita lamang ang imahe na inilaan para dito. Ang imahe para sa kaliwang mata ay naka-project sa screen sa pamamagitan ng isang polaroid na may vertical transmission axis, at para sa kanang mata - na may pahalang na axis, at ang mga ito ay tiyak na nakahanay sa screen. Tinitingnan ng manonood ang mga salamin sa polaroid, kung saan ang axis ng kaliwang polaroid ay patayo, at ang kanan ay pahalang; ang bawat mata ay nakakakita lamang ng "sariling" imahe, at isang stereo effect ang lumitaw.

Para sa stereoscopic na telebisyon, ang paraan ng mabilis na alternating dimming ng mga baso ay ginagamit, na naka-synchronize sa pagbabago ng mga imahe sa screen. Dahil sa pagkawalang-kilos ng paningin, lumitaw ang isang three-dimensional na imahe.

Ang mga polaroid ay malawakang ginagamit upang basagin ang liwanag na nakasisilaw mula sa salamin at pinakintab na mga ibabaw, mula sa tubig (ang liwanag na sinasalamin mula sa mga ito ay lubos na polarized). Polarized at magaan na mga screen ng likidong kristal na monitor.

Ang mga paraan ng polarization ay ginagamit sa mineralogy, crystallography, geology, biology, astrophysics, meteorology, at sa pag-aaral ng atmospheric phenomena.

Panitikan

Zhevandrov N.D. Polarisasyon ng liwanag. - M.: Nauka, 1969.

Zhevandrov N.D. Anisotropy at optika. - M.: Nauka, 1974.

Zhevandrov N.D. Application ng polarized light. - M.: Nauka, 1978.

Shercliff W. Polarized light / Per. mula sa Ingles. - M.: Mir, 1965.

Fizpraktikum

POLARIZED MUNDO

Naisulat na ng magazine ang tungkol sa mga katangian ng polarized light, home-made polariscope, at transparent na mga bagay na nagsisimulang kumikinang sa lahat ng kulay ng bahaghari (tingnan ang Science and Life, No. ). Isaalang-alang natin ang parehong tanong gamit ang mga bagong teknikal na device.

Anumang device na may color LCD (liquid crystal) screen - monitor, laptop, TV, DVD player, pocket computer, smartphone, communicator, telepono, electronic photo frame, MP3 player, digital camera - ay maaaring gamitin bilang polarizer (isang device na lumilikha ng polarized na ilaw).

Ang katotohanan ay ang mismong prinsipyo ng pagpapatakbo ng LCD monitor ay batay sa pagproseso ng polarized light (1). Ang isang mas detalyadong paglalarawan ng trabaho ay matatagpuan sa http://master-tv.com/, at para sa ating pisikal na pagsasanay, mahalaga na kung iilawan natin ang screen gamit ang puting liwanag, halimbawa, sa pamamagitan ng pagguhit ng puting parisukat o pagkuha ng larawan ng isang puting sheet ng papel, makakakuha tayo ng plane polarized light, kung saan magsasagawa tayo ng karagdagang mga eksperimento.

Ito ay kagiliw-giliw na, sa pagtingin sa puting screen sa mataas na paglaki, hindi namin makikita ang isang solong puting tuldok (2) - ang buong iba't ibang mga shade ay nakuha sa pamamagitan ng isang kumbinasyon ng mga shade ng pula, berde at asul.

Marahil, sa isang masuwerteng pagkakataon, ang ating mga mata ay gumagamit din ng tatlong uri ng mga cone na tumutugon sa pula, berde at asul na mga kulay upang sa tamang ratio ng mga pangunahing kulay, nakikita natin ang halo na ito bilang puti.

Para sa pangalawang bahagi ng polariscope - ang analyzer - ang mga polarized na baso ng Polaroid ay angkop, ibinebenta ang mga ito sa mga tindahan ng pangingisda (bawasan ang liwanag na nakasisilaw mula sa ibabaw ng tubig) o sa mga tindahan ng sasakyan (alisin ang liwanag na nakasisilaw mula sa mga ibabaw ng salamin). Napakadaling suriin ang pagiging tunay ng gayong mga baso: sa pamamagitan ng pagpihit ng mga baso na may kaugnayan sa isa't isa, halos ganap mong harangan ang liwanag (3).

At sa wakas, maaari kang gumawa ng isang analyzer mula sa isang LCD display mula sa isang sirang elektronikong orasan o iba pang mga produkto na may itim at puting mga screen (4). Sa tulong ng mga simpleng device na ito, makakakita ka ng maraming kawili-wiling bagay, at kung ilalagay mo ang analyzer sa harap ng lens ng camera, makakapag-save ka ng magagandang kuha (5).

Isang bagay na gawa sa ganap na transparent na plastik - isang ruler (8), isang kahon para sa mga CD (9) o ang "zero" disk mismo (tingnan ang larawan sa unang pahina ng pabalat) - inilagay sa pagitan ng LCD screen at ang analyzer, nakakakuha ng isang kulay ng bahaghari. Ang isang geometric na pigurin na gawa sa cellophane ay inalis mula sa isang pakete ng sigarilyo at inilagay sa isang sheet ng parehong cellophane ay naging kulay (6). At kung paikutin mo ang analyzer ng 90 degrees, lahat ng mga kulay ay magbabago sa mga karagdagang - pula ay magiging berde, dilaw - lila, orange - asul (7).

Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang materyal na transparent sa natural na liwanag ay talagang hindi homogenous, o, kung ano ang pareho, anisotropic. Ang mga pisikal na katangian nito, kabilang ang mga refractive na indeks ng iba't ibang bahagi ng bagay, ay hindi pareho. Ang liwanag na sinag sa loob nito ay nahahati sa dalawa, na naglalakbay sa magkakaibang bilis at nakapolarized sa magkabilang patayo na mga eroplano. Ang intensity ng polarized light, ang resulta ng pagdaragdag ng dalawang light wave, ay hindi magbabago. Ngunit ang analyzer ay magpuputol ng dalawang plane-polarized waves mula dito, oscillating sa parehong eroplano, na makagambala (tingnan ang "Science and Life" No. 1, 2008). Ang pinakamaliit na pagbabago sa kapal ng plato o mga stress sa kapal nito ay humahantong sa paglitaw ng isang pagkakaiba sa landas ng mga alon at ang hitsura ng kulay.

Sa polarized light, napaka-maginhawang pag-aralan ang pamamahagi ng mga mekanikal na stress sa mga detalye ng mga makina at mekanismo, mga istruktura ng gusali. Ang isang patag na modelo ng isang bahagi (beam, suporta, pingga) ay ginawa mula sa transparent na plastik at isang load ay inilalapat dito na gayahin ang isang tunay. Ang mga multi-kulay na guhitan na lumilitaw sa polarized na ilaw ay nagpapahiwatig ng mga mahihinang punto ng bahagi (talamak na sulok, malakas na liko, atbp.) - ang mga stress ay puro sa kanila. Sa pamamagitan ng pagbabago ng hugis ng bahagi, nakakamit nila ang pinakamalaking lakas nito.

Hindi mahirap gawin ang gayong pag-aaral sa iyong sarili. Mula sa organikong baso (mas maganda ang homogenous), maaari mong gupitin, halimbawa, ang isang modelo ng isang kawit (isang kawit para sa pag-angat ng isang load), isabit ito sa harap ng screen, i-load ito ng mga timbang ng iba't ibang mga timbang sa mga wire loop, at obserbahan kung paano nagbabago ang pamamahagi ng stress dito.

Sa ngayon, pinag-uusapan natin ang tungkol sa media na ang refractive index ay naiiba para sa iba't ibang direksyon ng polariseysyon ng sinag ng liwanag ng insidente. Ang malaking kahalagahan para sa mga praktikal na aplikasyon ay ang iba pang media, kung saan, depende sa polariseysyon ng liwanag, hindi lamang ang refractive index, kundi pati na rin ang pagbabago ng koepisyent ng pagsipsip. Tulad ng sa kaso ng birefringence, madaling maunawaan na ang pagsipsip ay maaaring depende sa direksyon ng sapilitang mga oscillations ng mga singil lamang sa anisotropic media. Ang una, luma, ngayon sikat na halimbawa ay tourmaline, at ang isa ay isang polaroid. Binubuo ang Polaroid ng isang manipis na layer ng maliliit na kristal ng herapatite (asin ng yodo at quinine), na nakahanay sa kanilang mga palakol na parallel sa isa't isa. Ang mga kristal na ito ay sumisipsip ng liwanag kapag sila ay nag-vibrate sa isang direksyon at halos walang ilaw kapag sila ay nag-vibrate sa kabilang direksyon.

Idirekta natin ang isang sinag ng liwanag na polarized sa isang anggulo sa Polaroid axis. Ano ang magiging intensity ng sinag na dumadaan sa polaroid? I-decompose natin ang ating sinag ng liwanag sa dalawang bahagi: ang isa ay may polariseysyon na patayo sa dumadaan nang walang attenuation (ito ay proporsyonal sa ), at ang pangalawa - isang longitudinal na bahagi na proporsyonal sa . Isang bahagi lamang na proporsyonal sa ; ang dadaan sa polaroid. component na proporsyonal sa ay masisipsip. Ang amplitude ng liwanag na ipinadala sa pamamagitan ng polaroid ay mas mababa kaysa sa amplitude ng liwanag ng insidente at nakuha mula dito sa pamamagitan ng pagpaparami ng . Ang intensity ng liwanag ay proporsyonal sa parisukat. Kaya, kung ang ilaw ng insidente ay polarized sa isang anggulo sa polaroid axis, ang intensity fraction na ipinadala ng polarizer ay katumbas ng kabuuang intensity. Ang fraction ng intensity na hinihigop sa isang polaroid ay, siyempre, .

Isang kawili-wiling kabalintunaan ang lumitaw sa sumusunod na eksperimento. Ito ay kilala na ang dalawang polaroid na may mga palakol na matatagpuan patayo sa bawat isa ay hindi nagpapadala ng liwanag. Ngunit kung ang isang ikatlong polaroid ay inilagay sa pagitan ng naturang mga polaroid, ang axis nito ay nakadirekta sa isang anggulo sa mga axes ng iba pang dalawa, ang bahagi ng liwanag ay dadaan sa aming system. Tulad ng alam natin, ang Polaroid ay sumisipsip lamang ng liwanag, hindi ito makakalikha ng liwanag. Gayunpaman, sa pamamagitan ng paglalagay ng ikatlong polaroid sa isang anggulo , pinapataas namin ang dami ng ipinadalang liwanag. Maaari mong pag-aralan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa iyong sarili bilang isang ehersisyo.

Ang isa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na phenomena ng polariseysyon, na hindi nangyayari sa mga kumplikadong kristal at anumang mga espesyal na materyales, ngunit sa isang simple at kilalang kaso, ay ang pagmuni-muni mula sa ibabaw. Mukhang hindi kapani-paniwala, ngunit kapag makikita mula sa salamin, ang liwanag ay maaaring polarized, at pisikal na ipaliwanag ang katotohanang ito ay napaka-simple. Ipinakita ng Brewster sa eksperimento na ang liwanag na naaaninag mula sa isang ibabaw ay ganap na napolarized kung ang mga sinag na sinasalamin at na-refracte sa daluyan ay bumubuo ng isang tamang anggulo. Ang kasong ito ay ipinapakita sa Fig. 33.4.

Larawan 33.4. Reflection ng linearly polarized na ilaw sa anggulo ng Brewster.

Ang direksyon ng polarization ay ibinibigay ng mga tuldok na arrow: ang mga bilog na tuldok ay kumakatawan sa polarisasyon na patayo sa eroplano ng pahina.

Kung ang incident beam ay polarized sa plane of incidence, walang makikitang reflected beam. Ang isang reflected beam ay nangyayari lamang kung ang incident beam ay polarized patayo sa plane of incidence. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madaling maunawaan. Sa isang reflecting medium, ang ilaw ay polarized patayo sa direksyon ng beam, at alam namin na ito ay ang paggalaw ng mga singil sa isang reflecting medium na bumubuo ng isang sinag na nagmumula dito, na tinatawag na reflected. Ang hitsura ng tinatawag na reflected ray na ito ay hindi lamang dahil sa ang katunayan na ang insidente ray ay makikita; alam na natin ngayon na ang sinag ng insidente ay nagpapasigla sa paggalaw ng mga singil sa medium, at ito naman ay bumubuo ng sinasalamin na sinag.

Mula sa FIG. 33.4 malinaw na ang mga vibrations lamang na patayo sa eroplano ng pahina ay naglalabas ng radiation sa direksyon ng reflected beam, at samakatuwid ang reflected beam ay polarized patayo sa plane of incidence. Kung ang incident beam ay polarized sa plane of incidence, walang makikitang reflected beam.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madaling maipakita kapag ang isang linearly polarized beam ay makikita mula sa isang flat glass plate. Ang pag-on sa plato sa iba't ibang mga anggulo sa direksyon ng insidente polarized beam, mapapansin ng isa ang isang matalim na pagbaba sa intensity sa isang anggulo na halaga na katumbas ng anggulo ng Brewster. Ang pagbaba ng intensity ay sinusunod lamang kapag ang eroplano ng polariseysyon ay tumutugma sa eroplano ng saklaw. Kung ang eroplano ng polariseysyon ay patayo sa eroplano ng apoy, walang kapansin-pansing pagbaba sa intensity ng sinasalamin na liwanag ang naobserbahan.

Ang mga patlang ng wave ay magkaparehong patayo at oscillate na patayo sa wave velocity vector (patayo sa beam). Samakatuwid, upang ilarawan ang mga batas ng light polarization, sapat na malaman ang pag-uugali ng isa lamang sa mga vectors. Karaniwan, ang lahat ng pangangatwiran ay isinasagawa patungkol sa liwanag na vector- ang electric field strength vector (ang pangalan na ito ay dahil sa ang katunayan na kapag ang liwanag ay kumikilos sa isang substance, ang electric component ng wave field, na kumikilos sa mga electron sa mga atomo ng substance, ay ang pangunahing kahalagahan).

Ang liwanag ay ang kabuuang electromagnetic radiation ng maraming atomo. Ang mga atomo, sa kabilang banda, ay naglalabas ng mga ilaw na alon nang nakapag-iisa sa isa't isa, samakatuwid ang liwanag na alon na ibinubuga ng katawan sa kabuuan ay nailalarawan sa pamamagitan ng lahat ng uri ng equiprobable oscillations ng light vector (Fig. 272, a; ang sinag ay patayo sa eroplano ng pigura). Sa kasong ito, ang pantay na pamamahagi ng mga vector ay ipinaliwanag ng isang malaking bilang ng mga atomic emitters, at ang pagkakapantay-pantay ng mga halaga ng amplitude ng mga vector ay ipinaliwanag ng parehong (sa average) intensity ng radiation ng bawat isa sa mga atomo. Liwanag sa lahat ng posibleng equiprobable na oryentasyon ng vector (at, samakatuwid, ) ay tinatawag natural.

Liwanag, kung saan ang mga direksyon ng oscillation ng light vector ay kahit papaano ay nakaayos, ay tinatawag polarized. Kaya, kung bilang isang resulta ng anumang panlabas na impluwensya, isang nangingibabaw (ngunit hindi eksklusibo!) Direksyon ng vector oscillations ay lilitaw (Larawan 272, b), pagkatapos ay nakikitungo kami bahagyang polarized na ilaw. Liwanag, kung saan ang vector (at, samakatuwid, ) ay nag-o-oscillate sa isang direksyon lamang, patayo sa sinag (Larawan 272, sa), ay tinatawag na plane polarized (linearly polarized).

Ang eroplano na dumadaan sa direksyon ng oscillation ng light vector ng plane-polarized wave at ang direksyon ng propagation ng wave na ito ay tinatawag eroplano ng polariseysyon. Ang plane polarized light ay ang limiting case elliptically polarized na ilaw- liwanag, kung saan nagbabago ang vector (vector ) sa paglipas ng panahon upang ang dulo nito ay naglalarawan ng isang ellipse na nakahiga sa isang eroplanong patayo sa sinag. Kung ang polarization ellipse ay bumababa (tingnan ang § 145) sa isang tuwid na linya (kapag ang pagkakaiba ng phase ay katumbas ng zero o ), kung gayon ang pagharap natin sa plane-polarized na ilaw na isinasaalang-alang sa itaas, kung sa isang bilog (kapag ( = ± /2). at ang mga amplitudes ng pinagsamang mga alon ay pantay-pantay), pagkatapos ay mayroon kaming negosyo sa circularly polarized (circularly polarized) light. Degree ng polariseysyon ay tinatawag na dami

kung saan at ang pinakamataas at pinakamababang intensidad ng liwanag na tumutugma sa dalawang magkaparehong patayo na bahagi ng vector . Para sa natural na liwanag = at R= 0, para sa plane polarized = 0 at R = 1.

Ang natural na liwanag ay maaaring ma-convert sa plane polarized light gamit ang tinatawag na mga polarizer, nagpapadala lamang ng mga vibrations sa isang tiyak na direksyon (halimbawa, nagpapadala ng mga vibrations parallel sa eroplano ng polarizer, at ganap na hinaharangan ang mga vibrations patayo sa eroplanong ito). Ang media na anisotropic na may paggalang sa mga oscillations ng vector ay maaaring gamitin bilang mga polarizer, halimbawa, mga kristal (kilala ang kanilang anisotropy, tingnan ang §70). Sa mga natural na kristal na matagal nang ginagamit bilang isang polarizer, dapat tandaan ang tourmaline.

Isaalang-alang ang mga klasikal na eksperimento na may tourmaline (Larawan 273). Idirekta natin ang natural na ilaw patayo sa tourmaline plate T 1 cut parallel sa tinatawag na optical axis 00 (tingnan ang §192).

Umiikot ang kristal T 1 sa paligid ng direksyon ng sinag, hindi namin naobserbahan ang anumang mga pagbabago sa intensity ng liwanag na ipinadala sa pamamagitan ng tourmaline. Kung ang pangalawang plato ng tourmaline ay inilagay sa landas ng sinag T 2 at paikutin ito sa direksyon ng sinag, pagkatapos ay ang intensity ng liwanag na dumadaan sa mga plate ay nag-iiba depende sa anggulo sa pagitan ng mga optical axes ng mga kristal kasama Batas Malus(E. Malus (1775-1812) - French physicist):

(190.1)

kung saan at, ayon sa pagkakabanggit, ang intensity ng liwanag na insidente sa pangalawang kristal at umuusbong mula dito. Dahil dito, ang intensity ng liwanag na ipinadala sa pamamagitan ng mga plate ay nagbabago mula sa isang minimum (kumpletong pagkalipol ng liwanag) sa = /2 (ang optical axes ng mga plate ay patayo) hanggang sa maximum sa = 0 (ang mga optical axes ng mga plate ay parallel) . Gayunpaman, tulad ng sumusunod mula sa Fig. 274, amplitude ng light vibrations na dumadaan sa plate T 2 , ay magiging mas mababa sa amplitude ng light vibrations na insidente dito:

Dahil ang intensity ng liwanag ay proporsyonal sa parisukat ng amplitude, kung gayon ang expression (190.1) ay nakuha.

Ang mga resulta ng mga eksperimento na may tourmaline crystals ay maaaring ipaliwanag nang simple, batay sa mga kondisyon sa itaas para sa paghahatid ng liwanag ng isang polarizer. Ang unang plato ng tourmaline ay nagpapadala ng mga vibrations lamang sa isang tiyak na direksyon (sa Fig. 273 ang direksyon na ito ay ipinapakita ng arrow AB), ibig sabihin, ito ay nagko-convert ng natural na liwanag sa plane polarized light. Ang pangalawang plato ng tourmaline, depende sa oryentasyon nito mula sa polarized light, ay nagpapadala ng higit pa o mas kaunti nito, na tumutugma sa bahagi na kahanay sa axis ng pangalawang tourmaline. Sa fig. 273 ang parehong mga plate ay nakaayos upang ang mga direksyon ng vibrations na ipinadala ng mga ito AB at A"B" ay patayo sa isa't isa. Sa kasong ito T Ang 1 ay pumasa sa mga vibrations na nakadirekta sa kahabaan ng AB, at T 2 ay ganap na pinapatay ang mga ito, ibig sabihin, ang ilaw ay hindi dumaan sa pangalawang tourmaline plate.

Plato T 1 , na nagko-convert ng natural na liwanag sa plane polarized, ay polarizer. Plato T 2 , na nagsisilbing pagsusuri sa antas ng polariseysyon ng liwanag, ay tinatawag analisador. Ang parehong mga tala ay eksaktong pareho (maaari silang palitan).

Kung ipapasa natin ang natural na liwanag sa pamamagitan ng dalawang polarizer, ang mga eroplano na bumubuo ng isang anggulo , pagkatapos ay lalabas sa una ang plane-polarized light, ang intensity nito, mula sa pangalawa, ayon sa (190.1), lalabas ang liwanag na may intensity. . Samakatuwid, ang intensity ng liwanag na dumadaan sa dalawang polarizer ay

kung saan (polarizers ay parallel) at = 0 (polarizers ay tumawid).

Direksyon ng pagpapalaganap ng alon;

Pabilog polariseysyon - kanan o kaliwa, depende sa direksyon ng pag-ikot ng induction vector;

Elliptical polariseysyon - isang case intermediate sa pagitan ng circular at linear polarizations.

Ang hindi magkakaugnay na radiation ay maaaring hindi polarized, o ganap o bahagyang polarized sa alinman sa mga paraan sa itaas. Sa kasong ito, ang konsepto ng polariseysyon ay nauunawaan ayon sa istatistika.

Sa teoretikal na pagsasaalang-alang ng polariseysyon, ang alon ay ipinapalagay na magpalaganap nang pahalang. Pagkatapos ay maaari nating pag-usapan ang vertical at horizontal linear polarizations ng wave.

Linear Pabilog Elliptical

Teorya ng kababalaghan

Ang isang electromagnetic wave ay maaaring mabulok (parehong theoretically at praktikal) sa dalawang polarized na bahagi, halimbawa polarized patayo at pahalang. Posible ang iba pang pagpapalawak, halimbawa, sa magkaibang pares ng magkaparehong patayong direksyon, o sa dalawang bahagi na may kaliwa at kanang pabilog na polarisasyon. Kapag sinusubukang palawakin ang isang linearly polarized wave sa mga circular polarization (o vice versa), lalabas ang dalawang half-intensity na bahagi.

Mula sa parehong quantum at klasikal na mga punto ng view, ang polariseysyon ay maaaring inilarawan ng isang dalawang-dimensional na kumplikadong vector ( Jones vector). Ang polarization ng photon ay isang pagpapatupad ng q-bit.

Ang radiation ng antena ay karaniwang may linear polarization.

Sa pamamagitan ng pagbabago ng polariseysyon ng liwanag sa pagmuni-muni mula sa ibabaw, mahuhusgahan ng isa ang istraktura ng ibabaw, optical constants, at kapal ng sample.

Kung ang nakakalat na ilaw ay polarized, pagkatapos ay gumagamit ng isang polarizing filter na may ibang polariseysyon, posible na limitahan ang pagpasa ng liwanag. Ang intensity ng liwanag na dumadaan sa mga polarizer ay sumusunod sa batas ng Malus. Ang mga LCD ay gumagana sa prinsipyong ito.

Ang ilang mga nabubuhay na nilalang, tulad ng mga bubuyog, ay may kakayahang makilala ang linear polarization ng liwanag, na nagbibigay sa kanila ng karagdagang mga pagkakataon para sa oryentasyon sa espasyo. Napag-alaman na ang ilang mga hayop, tulad ng peacock mantis shrimp, ay may kakayahang makilala ang pabilog na polarized na liwanag, iyon ay, liwanag na may pabilog na polarisasyon.

Kasaysayan ng pagtuklas

Ang pagtuklas ng mga polarized light wave ay nauna sa gawain ng maraming mga siyentipiko. Noong 1669, iniulat ng siyentipikong Danish na si E. Bartholin ang kanyang mga eksperimento sa mga kristal na calcareous spar (CaCO3), kadalasan sa anyo ng isang regular na rhombohedron, na dinala ng mga mandaragat na bumalik mula sa Iceland. Nagulat siya nang makitang ang isang sinag ng liwanag na dumadaan sa isang kristal ay nahati sa dalawang sinag (ngayon ay tinatawag na ordinaryo at hindi pangkaraniwang). Nagsagawa ng masusing pag-aaral si Bartholin sa phenomenon ng double refraction na natuklasan niya, ngunit hindi siya makapagbigay ng paliwanag. Dalawampung taon pagkatapos ng mga eksperimento ni E. Bartholin, ang kanyang pagtuklas ay nakakuha ng atensyon ng Dutch scientist na si H. Huygens. Siya mismo ay nagsimulang mag-imbestiga sa mga katangian ng Iceland spar crystals at nagbigay ng paliwanag para sa phenomenon ng double refraction batay sa kanyang wave theory of light. Kasabay nito, ipinakilala niya ang mahalagang konsepto ng optical axis ng isang kristal, sa panahon ng pag-ikot sa paligid kung saan walang anisotropy ng mga katangian ng kristal, ibig sabihin, ang kanilang pag-asa sa direksyon (siyempre, hindi lahat ng mga kristal ay may tulad na axis. ). Sa kanyang mga eksperimento, si Huygens ay lumayo pa kaysa sa Bartholin, na dumaan sa parehong mga sinag na lumabas mula sa isang Icelandic spar crystal sa pamamagitan ng pangalawang katulad na kristal. Ito ay lumabas na kung ang mga optical axes ng parehong mga kristal ay magkatulad, kung gayon ang karagdagang pagkabulok ng mga sinag na ito ay hindi na nangyayari. Kung ang pangalawang rhombohedron ay pinaikot ng 180 degrees sa paligid ng direksyon ng pagpapalaganap ng isang ordinaryong sinag, kung gayon kapag dumaan sa pangalawang kristal, ang pambihirang sinag ay sumasailalim sa paglipat sa direksyon na kabaligtaran sa paglipat sa unang kristal, at ang parehong mga sinag ay darating. mula sa naturang sistema na konektado sa isang sinag. Napag-alaman din na, depende sa anggulo sa pagitan ng mga optical axes ng mga kristal, nagbabago ang intensity ng ordinaryong at hindi pangkaraniwang mga sinag. Ang mga pag-aaral na ito ay nagdala kay Huygens malapit sa pagtuklas ng hindi pangkaraniwang bagay ng light polarization, ngunit hindi siya makagawa ng isang mapagpasyang hakbang, dahil ang mga light wave sa kanyang teorya ay ipinapalagay na pahaba. Upang ipaliwanag ang mga eksperimento ni H. Huygens, I. Newton, na sumunod sa corpuscular theory of light, ay naglagay ng ideya ng kawalan ng axial symmetry ng isang light beam at sa gayon ay gumawa ng isang mahalagang hakbang tungo sa pag-unawa sa polariseysyon ng liwanag. . Noong 1808, ang French physicist na si E. Malus, na tumitingin sa isang piraso ng Icelandic spar sa mga bintana ng Luxembourg Palace sa Paris, na nagniningning sa mga sinag ng lumulubog na araw, napansin sa kanyang sorpresa na sa isang tiyak na posisyon ng kristal, tanging isang imahe ang nakita. Batay dito at sa iba pang mga eksperimento, at umaasa sa corpuscular theory ng liwanag ni Newton, iminungkahi niya na ang mga corpuscle sa sikat ng araw ay random na nakatuon, ngunit pagkatapos ng pagmuni-muni mula sa isang ibabaw o pagdaan sa isang anisotropic na kristal, nakakakuha sila ng isang tiyak na oryentasyon. Ang nasabing "order" na ilaw ay tinawag niyang polarized.

Mga parameter ng Stokes

Pagpapakita ng polarization sa mga tuntunin ng mga parameter ng Stokes sa Poincaré sphere

Sa pangkalahatan, ang isang eroplanong monochromatic wave ay may kanan o kaliwang elliptical polarization. Ang buong katangian ng ellipse ay ibinibigay ng tatlong mga parameter, halimbawa, ang kalahating haba ng mga gilid ng parihaba kung saan ang polarization ellipse ay nakasulat. A 1 , A 2 at ang phase difference φ, o ang mga semi-axes ng ellipse a , b at anggulo ψ sa pagitan ng axis x at ang pangunahing axis ng ellipse. Maginhawang ilarawan ang isang elliptically polarized wave batay sa mga parameter ng Stokes:

, ,

Tatlo lang sa kanila ang independyente, dahil totoo ang pagkakakilanlan:

Kung ipinakilala namin ang isang pandiwang pantulong na anggulo χ, na tinukoy ng expression (ang tanda ay tumutugma sa kanan, at - sa kaliwang polarization), pagkatapos ay makukuha natin ang mga sumusunod na expression para sa mga parameter ng Stokes:

Batay sa mga formula na ito, posible na makilala ang polariseysyon ng isang light wave sa isang malinaw na geometric na paraan. Sa kasong ito, ang mga parameter ng Stokes , , ay binibigyang-kahulugan bilang mga Cartesian coordinates ng isang puntong nakahiga sa ibabaw ng isang globo ng radius . Ang mga anggulo at may kahulugan ng spherical angular coordinates ng puntong ito. Ang nasabing geometric na representasyon ay iminungkahi ng Poincare, kaya ang globo na ito ay tinatawag na Poincaré sphere.

Kasama ng , , ang normalized na mga parameter ng Stokes , , ay ginagamit din. Para sa polarized light .

Tingnan din

Panitikan

• Akhmanov S.A., Nikitin S.Yu. - Pisikal na optika, 2nd edition, M. - 2004.
• Born M., Wolf E. - Fundamentals of Optics, 2nd edition, revised, trans. mula sa Ingles, M. - 1973

Mga Tala

Wikimedia Foundation. 2010 .

Tingnan kung ano ang "Polarization of light" sa iba pang mga diksyunaryo:

Phys. optical na katangian. radiation, na naglalarawan sa transverse anisotropy ng light waves, ibig sabihin, non-equivalence dec. mga direksyon sa isang eroplanong patayo sa sinag ng liwanag. Ang mga unang indikasyon ng transverse anisotropy ng isang light beam ay nakuha ... Pisikal na Encyclopedia

Modern Encyclopedia

Banayad na polariseysyon- POLARIZATION OF LIGHT, kaayusan sa oryentasyon ng intensity vector ng electric E at magnetic H na mga patlang ng isang light wave sa isang eroplano na patayo sa pagpapalaganap ng liwanag. Mayroong linear polarization ng liwanag, kapag ang E ay nananatiling pare-pareho ... ... Illustrated Encyclopedic Dictionary

light polarization- polarization Isang pag-aari ng liwanag na nailalarawan sa pamamagitan ng spatio-temporal na pagkakasunud-sunod ng oryentasyon ng magnetic at electric vectors. Mga Tala 1. Depende sa mga uri ng pag-order, nakikilala nila ang: linear polarization, elliptical ... ... Handbook ng Teknikal na Tagasalin

- (lat. mula sa polus). Ang pag-aari ng mga sinag ng liwanag na, kapag naaninag o na-refracte, nawawala ang kanilang kakayahang maipakita o muling ma-refracte sa mga kilalang direksyon. Diksyunaryo ng mga banyagang salita na kasama sa wikang Ruso. Chudinov A.N.,… … Diksyunaryo ng mga banyagang salita ng wikang Ruso

Pagkaayos sa oryentasyon ng mga intensity vectors ng electric E at magnetic H na mga patlang ng isang light wave sa isang eroplano na patayo sa light beam. Nakikilala ang linear polarization ng liwanag kapag ang E ay nagpapanatili ng pare-parehong direksyon (sa pamamagitan ng eroplano ... ... Malaking Encyclopedic Dictionary