Поперечность световых волн,поляризация света.Электромагнитная теория света.

Оглавление


Введение...........................................................................................................02
Основная часть:
История открытия явления поляризации..............................................03
Естественный и поляризованный свет..................................................04
Поляризаторы света................................................................................06
Искусственная оптическая анизотропия...............................................09
Вращение плоскости поляризации........................................................09
Заключение.......................................................................................................12
Список литературы..........................................................................................13

Поперечность световых волн,поляризация света.Электромагнитная теория света.

Степенью поляризации называется величина:
где:  - соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света , для плоскополяризованного .
Поляризаторы света
Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направле­ния (например, пропускающие колебания, параллельные главной плоскости поляриза­тора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости). В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора , например, кристаллы. Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризатора, следует от­метить турмалин.
В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляри­зованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса:
призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные);
призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча (двоякопреломляющие призмы).
Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является призма Николя, называемая часто николем (рис.3). Призма Николя представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом с показателем преломления n=1,55. На передней грани призмы естественный луч раздваивается на два луча: обыкновенный (с nо=1,66) и необыкновенный (с nе=1,51).
Рис. 3
При соответствующем подборе угла падения, равного предельному или больше предельного, обыкновенный угол испытывает полное отражение от канадского бальзама, а затем полностью поглощается зачернённой боковой поверхностью ВГ. Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, с незначительным смещением в виду преломления на наклонных гранях АГ и БВ.
Двоякопреломляющие призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исландского шпата и стекла, призмы, составленные из двух призм из исландского шпата с взаимно перпендикулярными оптическими осями.
Рис.4
Для первых призм (рис. 4) обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла n (nnе) проходит призму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами.
Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кри­сталла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обык­новенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновен­ный луч. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.
Дихроичные кристаллы приобрели еще более важное значение в связи с изобретени­ем поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого иод-хинина). Герапа­тит - двоякопреломляющее вещество с очень сильно выраженным дихроизмом в об­ласти видимого света. Установлено, что такая пленка уже при толщине 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершенным поляризатором. Преимущество поляроидов перед призма­ми - возможность изготовлять их с площадями поверхностей до нескольких квадрат­ных метров. Однако степень поляризации в них сильнее зависит от длины волны, чем в призмах. Кроме того, их меньшая по сравнению с призмами прозрачность (приблизительно 30%) в сочетании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать поляро­иды в мощных световых потоках.
Искусственная оптическая анизотропия
Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах. Существуют, однако, различные способы получения искусственной оптической анизотропии, т. е. сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам.
Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под дейст­вием:
1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.);
2) электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные тела, газы);
3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).
В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого со­впадает с направлением деформации, электрического или магнитного полей соответст­венно указанным выше воздействиям.
Эффект Керра - оптическая анизотропия веществ под действием электрического поля - объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным напра­влениям. Это явление практически безынерционно, т. е. время перехода вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) составляет приблизительно 10-10 с, поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затво­ром.
Вращение плоскости поляризации
Некоторые вещества (например, из твердых тел - кварц, сахар, киноварь, из жид­костей - водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Опытным путем доказано, что оптически активные в жидком состоянии вещества обладают таким же свойством и в кристаллическом состоянии. Однако, если вещества активны в кристаллическом состоянии, то не всегда активны в жидком (например, расплавленный кварц). Следовательно, оптическая активность обусловливается как строением молекул вещества (их асимметрией), так и особенностями расположения частиц в кристаллической решетке.
Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте (рис. 5). Если между скрещенными поляризатором Р и анализатором А, дающими темное поле зрения, поместить оптически активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения анализатора просветляется. При повороте анализатора на некоторый угол можно вновь получить темное поле зрения. Угол  и есть угол, на который оптически активное вещество поворачивает плоскость поляризации света, прошедшего через поляризатор. Так как поворотом анализатора можно получить темное поле зрения, то свет, прошедший через оптически активное вещество, является плоскополяризованным.
Рис.5
Опыт показывает, что угол поворота плоскости поляризации для оптически актив­ных кристаллов и чистых жидкостей:
для оптически активных растворов:
где: d - расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе,