Чем отличается поляризованный свет от не поляризованного?
Поляризованный свет отличается от естественного света своими физическими характеристиками (ориентированностью световых волн, колебания которых происходит в одной плоскости) , но в обычных условиях не воспринимается визуально как какой-то особый свет. Частичная поляризация света может происходить и в результате природных процессов.
пример поляризованного света можно наблюдать в жк экранах. когда при изменении угла обзора изменяется картинка
У плоско поляризованного света все кванты имеют одну плоскость колебания. У неполяризованного — колеблются беспорядочно, в разных плоскостях. Использование плоско поляризованного света позволило изучить, например, взаимное расположение молекуляных пигментных комплексов в мембранах хлоропластов.
Источник: Биофизика растений
Световые волны — это поперечные колебания. Когда все колебания в луче происходят примерно в одной плоскости, то такой луч называется поляризованным. Обычный луч содержит колебания, хаотически ориентированные во всех плоскостях.
Поляризованный свет мало чем отличается от обычного, его особенности можно заметить только в небольшом количестве редких условий.
Например, вертикально поляризованный свет хуже отражается под углом, чем горизонтально. То есть, если бы фары автомобилей испускали бы вертикально-поляризованный свет, то мокрая дорога блестела бы для встречных машин меньше.
Некоторые кристаллы или специально изготовленные плёнки могут пропускать свет только определённой поляризации. Такие плёнки часто используются в жидкокристаллических экранах или в поляризационных очках. Обычно плёнка в очках ориентирована так, что плохо пропускает горизонтально-поляризованный свет — это уменьшает блики с горизонтальных поверхностей.
Волновые свойства света (складываться, интерферировать и т. п. ) проявляются только со «своей» поляризацией. То есть, вертикально поляризованный свет может сложиться или взаимно-уничтожиться с вертикально же поляризованным светом, но «не заметит» горизонтально поляризованного.
Чем отличается поляризованный свет от неполяризованного
§1 Естественный и поляризованный свет
Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, то есть вектора и взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения. Колебания вектора происходят в одной плоскости. Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, называется плоско поляризованным светом (или электромагнитной волной). Поляризованным называется свет, в котором направления колебания вектора упорядочены каким-либо образом.
Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают световые волна независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора . Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным. Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний вектора и незначительная амплитуда колебаний вектора в других направлениях, называется частично поляризованным. В плоско поляризованном свете плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации, плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью колебаний.
Вектор называют световым вектором потому, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества.
Различает также эллиптически поляризованный свет: при распространении электрически поляризованного света вектор описывает эллипс, и циркулярно поляризованный свет (частный случай эллиптически поляризованного света) — вектор описывает окружность (сравните со сложением взаимно перпендикулярных колебаний: возможны: прямая линия, эллипс и окружность).
Степенью поляризации называется величина
где Imax и Imin – максимальная и минимальная компоненты интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам вектора (то есть Ех и Еу – составляющие). Для плоско поляризованного света Еу = Е, Ех = 0, следовательно, Р = 1. Для естественного света Еу = Ех = Е и Р = 0. Для частично поляризованного света Еу = Е, Ех = (0. 1)Еу, следовательно, 0 < Р < 1.
Если вектор в эллиптически поляризованном свете вращается при распространении света по часовой стрелке, то поляризация называется правой, против — левой. В эллиптически поляризованном свете колебания полностью упорядочены. К эллиптически поляризованному свету понятие степени поляризации не применимо, так что Р=1 всегда.
§2 Анализ поляризованного света при отражении и преломлении.
Закон Брюстера. Закон Малюса
Наиболее просто поляризационный свет можно получить из естественного света при отражении световой волны от границы раздела двух диэлектриков.
Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков (например, воздух-стекло), то часть его отражается, а часть преломляется и распространяется во второй среде.
При угле падения, равном углу Брюстера іБр: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2. степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4. тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления
n 12 — показатель преломления второй среды относительно первой. Угол падения (отражения) — угол между падающим (отраженным) лучом и нормалью к поверхности. Плоскость падения — плоскость, проходящая через падающий луч и нормаль к поверхности.
Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена многократным преломлением при условии падения света на границу раздела под углом Брюстера. Если для стекла ( n = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ≈15 %, то после преломления на 8-10 наложенных друг на друга стеклянных пластинках, вышедший свет будет практически полностью поляризован — стопа Столетова.
Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризаторов — анизотропных кристаллов, пропускающих свет только в одном направлении (исландский шпат, кварц, турмалин).
Поляризатор, анализирующий в какой плоскости поляризован свет, называется анализатором.
Если на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитудой Е0 и интенсивности I 0 ( ), плоскость поляризации которого составляет угол φ с плоскостью анализатора, то падающее электромагнитное колебание можно разложить на два колебания; с амплитудами и , параллельное и перпендикулярное плоскости анализатора.
Сквозь анализатор пройдет составляющая параллельная плоскости анализатора, то есть составляющая , а перпендикулярная составлявшая будет задержана анализатором. Тогда интенсивность прошедшего через анализатор света будет равна ( ):
— закон Малюса
Закон Малюса : Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света I 0 и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора.
Если на поляризатор падает естественный свет, то интенсивность вышедшего из поляризатора света I 0 равна половине I ест , и тогда из анализатора выйдет
§ 3 Двойное лучепреломление
Все кристаллы, кроме кристаллов кубической система — изотропных кристаллов, являются анизотропными, то есть свойства кристаллов зависят от направления. Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено Барталином в 1667 г. на кристалле исландского шпата (разновидность СаСО3). Явление двойного лучепреломления заключается в следующем: луч света, падающий на анизотропный кристалл, разделяется в нем на два луча: обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями в различных направлениях.
Анизотропные кристаллы подразделяются на одноосные и двуосные.
У одноосных кристаллов имеются одно направление, называемое оптической осью, при распространении вдоль которого не происходит разделения на обыкновенный и необыкновенный лучи. Любая прямая параллельная направлению оптической оси будет также являться оптической осью. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главным сечением или главной плоскостью кристаллам.
Отличия между обыкновенными и необыкновенными лучами:
- обыкновенный луч подчиняется законам преломления необыкновенный — нет;
- обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости, плоскость поляризации необыкновенного луча перпендикулярна плоскости поляризованного обыкновенного луча;
- кроме оптической оси обыкновенные и необыкновенные лучи распространяются в разных направлениях. Показатель преломления n0 обыкновенного луча постоянен во всех направлениях, следовательно, фазовая скорость обыкновенного луча постоянна во всех направлениях. Показатель преломления nе необыкновенного луча ( Uф.е. ) зависит от направления.
Различие скоростей U о и U е для всех направлений, кроме направления оптической оси, обуславливает явление двойного лучепреломления в одноосных кристаллах. У двуосных кристаллов имеется два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления.
Понятие обыкновенного и необыкновенного лучей имеет место пока эти лучи распространяются в кристалле, при выходе из кристалла эти понятия теряют смысл, то есть лучи отличаются только плоскостями поляризаций.
Природа двулучепреломления связана с тем, что обыкновенные и необыкновенные лучи имеют разные скорости, а так как , то для обыкновенного и необыкновенного лучей будут разные показатели преломления n 0 и n е , а так как то можно сказать, что первопричиной двойного лучепреломления является анизотропия диэлектрической проницаемости кристалла. Кристаллы, у которых V е < V 0 ( n е > n 0 ) называются положительными, а у которых V е > V 0 ( n е < n 0 )называются отрицательными.
Различия между поляроидом и поляризатором: физические особенности и применение
Поляроид и поляризатор – два известных термина, связанных с явлением поляризации света. Эти понятия не являются синонимами, и хотя они оба имеют отношение к поляризации, существуют определенные различия между ними.
Поляроид — это оптический материал, который обладает особенностью поглощать свет, колебания которого происходят только в одной плоскости – плоскости поляризации. Молекулы поляроида организованы таким образом, что они фильтруют свет, пропуская только колебания, направленные в определенном направлении. Поляризатор, с другой стороны, является устройством, способным менять поляризацию света, который на него падает.
Таким образом, основное различие между поляроидом и поляризатором заключается в том, что поляроид – это материал, который фильтрует свет по его поляризации, а поляризатор – это устройство, которое изменяет поляризацию света.
Важно отметить, что оба этих термина имеют широкое применение в различных областях. Поляроиды используются в фотографии, видеозаписи, оптических микроскопах, поляриметрах и других областях, где необходимо контролировать поляризацию света. Поляризаторы, в свою очередь, используются в различных оптических устройствах, таких как солнцезащитные очки, оптические приборы, ЖК-экраны, лазеры и т.д.
В заключение, поляроиды и поляризаторы играют важную роль в контроле поляризации света и имеют различное применение в оптических устройствах и технологиях. Понимание их физических особенностей и различий поможет лучше разобраться в работе этих устройств и использовать их для нужных целей.
Что такое поляроид и поляризатор?
Поляроид — это оптический элемент, обладающий свойством пропускать свет только в определенной плоскости поляризации. Он состоит из микроскопических молекул, ориентированных в одной плоскости. Эти молекулы допускают колебания света только в плоскости, параллельной их ориентации, и блокируют колебания в плоскости, перпендикулярной им. Таким образом, поляроид пропускает только свет, поляризованный в определенной плоскости и блокирует свет, поляризованный в перпендикулярной плоскости.
Поляризатор — это общий термин, описывающий любое устройство, которое превращает обычный неполяризованный свет в поляризованный свет. В отличие от поляроида, поляризатор может быть выполнен различными способами, например, с помощью плоской стеклянной пластинки, пленки или дихроического кристалла. Он также может быть использован для преобразования поляризованного света.
Оба этих устройства широко применяются в различных областях, включая оптику, фотографию, медицину и научные исследования. Например, поляроиды используются в поляризационных фильтрах для улучшения качества фотографий и снижения бликов. Поляризаторы также применяются в оптических микроскопах для анализа структур и материалов.
Как действуют поляроид и поляризатор?
Поляроид — это материал или устройство, способное пропускать свет только в определенном направлении, фильтруя его по поляризации. Он может быть выполнен в виде пленки или стекла, которые содержат микроскопические молекулы, ориентированные в определенном направлении. Поляроид пропускает только свет с определенной поляризацией и блокирует свет с перпендикулярной поляризацией.
Поляризатор — это устройство, которое изменяет поляризацию света. Он может быть выполнен в виде фильтра, пленки или оптического элемента. Поляризатор преобразует свет из неопределенной или нелинейной поляризации в линейную поляризацию. Он также может изменять направление колебаний света в зависимости от его конструкции и настроек.
Поляроид и поляризатор могут использоваться в ряде приложений, включая съемку и фильтрацию света в фотографии и видео, измерение поляризации света в научных исследованиях, оптическую связь и технологии дисплеев. Они также находят применение в медицинской диагностике, анализе материалов и других областях, где важна контролируемая поляризация света.
Поляроид | Поляризатор |
---|---|
Пропускает свет только с определенной поляризацией | Преобразует/меняет поляризацию света |
Блокирует свет с перпендикулярной поляризацией | Обычно работает на основе естественного света |
Может быть выполнен в виде пленки или стекла | Может быть фильтром, пленкой или оптическим элементом |
Применяется для фильтрации и разделения света | Применяется для контроля и изменения поляризации |
Различия между поляроидом и поляризатором
Поляроид — это прозрачная пластинка из искусственно ориентированных молекул, которые составляют анизотропную среду. Плоскости поляроида выравниваются параллельно друг другу, позволяя только одному направлению световых волн проходить через него. Поляроиды хорошо впитывают и разделяют свет по горизонтальной и вертикальной поляризации. Они широко используются в фотографии, оптике и в науке, например, для измерения и анализа поляризованного света.
Поляризатор — это устройство, которое создает поляризованный свет путем отражения, преломления или прохождения световых волн через диэлектрическую пленку или другую подобную среду. Поляризаторы могут иметь различные физические формы и могут использоваться для блокировки определенных направлений поляризации света или для усиления желаемых направлений. Они широко используются в солнцезащитных очках, оптических приборах и дисплеях, чтобы уменьшить блики и повысить контрастность.
Таким образом, главная разница между поляроидом и поляризатором заключается в их физической природе и способе преобразования света. Поляроид — это специальная пластинка, которая разделяет свет на поляризованные направления, тогда как поляризатор создает или фильтрует поляризацию света. Оба устройства имеют широкое применение в различных областях науки и техники и помогают достичь лучшей видимости и качества изображения.
Физические характеристики поляроида
Одна из особенностей поляроидов — это их селективность. Они могут пропускать свет только определенной поляризации, в то время как свет с другой поляризацией будет затемняться или приглушаться. Например, горизонтально поляризованный свет будет поглощаться вертикально ориентированным поляроидом.
Физической основой действия поляроидов является свойство анизотропии некоторых материалов, таких как нитроцеллюлоза или полимерные пленки. Анизотропные материалы обладают различными оптическими свойствами в разных направлениях. В случае поляроидов, нитроцеллюлоза или полимерные пленки пропускают только свет, вектор электрической составляющей которого расположен вдоль определенного направления. За счет наличия молекулярной структуры, которая вытянута вдоль определенного направления, поляроиды обеспечивают заданную поляризацию света.
Физические характеристики поляроидов также зависят от их длины волны и угла падения света. Некоторые поляроиды обладают угловой зависимостью, что означает, что свет с разными углами падения будет иметь различную поляризацию после прохождения через поляроид.
Поляроиды широко используются в различных областях, включая оптику, фотографию, микроскопию и электронику. Они применяются для устранения отраженного или поглощенного света, фильтрации света определенной поляризации и создания эффектов, связанных с поляризацией света.
Физические характеристики поляризатора
Физические характеристики поляризатора включают в себя его пропускную способность, степень поляризации и угол поляризации.
Пропускная способность поляризатора определяет, какой процент света проходит сквозь него. Чем выше пропускная способность, тем больше света проходит через поляризатор.
Степень поляризации показывает, насколько интенсивно поляризатор пропускает свет в определенной плоскости. Полностью поляризованный свет имеет степень поляризации равную 1, а неполяризованный свет имеет степень поляризации равную 0.
Угол поляризации – это угол между плоскостью колебаний световых волн и плоскостью пропускания поляризатора. Оптимальный угол поляризации выбирается в зависимости от конкретных условий эксплуатации и требуемого эффекта.
Физические характеристики поляризатора определяют его возможности в различных приложениях, таких как фото-, видеосъемка, оптические приборы и технологии, микроскопия и другие области науки и инженерии.
Применение поляроида и поляризатора
Поляроиды и поляризаторы используются в различных областях науки, техники и жизни.
- Оптика: Поляроиды и поляризаторы используются для получения и анализа поляризованного света. Они могут быть использованы в микроскопах, спектрофотометрах, фотокамерах и других оптических приборах.
- Кинематография и телевидение: Поляризаторы используются в 3D-кинематографии и производстве 3D-телевизоров. Они позволяют разделить левый и правый изображения и создать эффект глубины при просмотре фильмов и телепередач в 3D.
- Электроника: Поляроиды и поляризаторы используются в жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеях) для управления направлением световой волны. Они позволяют создавать яркие и четкие изображения на экранах мобильных телефонов, ноутбуков, телевизоров и других устройств.
- Фотография: Поляроиды используются как фильтры для улучшения качества фотографий. Они позволяют уменьшить отражение света от непроводящих поверхностей, усилить насыщенность цветов и уловить детали, которые могут быть упущены при обычной съемке.
- Медицина: Поляроиды используются в некоторых медицинских процедурах, таких как поляризационная микроскопия и поляризационная фильтрация, для анализа тканей, определения искусственных материалов и обнаружения аномалий.
- Научные исследования: Поляроиды и поляризаторы применяются в различных научных исследованиях в области физики, химии, биологии и других дисциплин. Они позволяют изучать свойства и поведение света, а также проводить оптические эксперименты.
Это лишь некоторые примеры применения поляроидов и поляризаторов. Они являются важными инструментами во многих областях и продолжают находить новые применения в современной науке и технологии.
3) Свет естественный и поляризованный.
Рассмотрим электромагнитную волну, излучаемую одним атомом. Для простоты, возьмём колеблющийся электрон. Как известно из школьного курса физики, электромагнитная волна состоит из двух компонент: электрической составляющей (вектор Е) и магнитной составляющей (вектор В). При этом будет наблюдаться следующая картина. ВекторыЕиВколеблются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Графической зависимостью от времени это будет изображаться двумя синусоидами: синусоида вектораЕизобразится на вертикальной плоскости, совпадающей с направлением, в котором колеблется электрон, а синусоида вектораВ изобразится на горизонтальной плоскости. При этом, обе синусоиды находятся в одной фазе.
Для многих физических процессов, для фотохимических реакций, а также для зрительных ощущений решающую роль играет вектор электрического поля Е. ВекторВиграет незначительную роль. Следовательно, в электромагнитной волне будем рассматривать только векторЕ и его плоскость. Эту плоскость принято считатьплоскостью поляризации.
Как известно из школьного курса физики, свет представляет собой электромагнитные волны с длиной волны от 0,75 до 0,35 мкм, вызывающие зрительные ощущения.
Таким образом мы пришли к выводу, что свет представляет собой поперечные волны, обладающие свойством поляризации
Как было сказано выше, отдельный атом излучает поляризованный свет, причём, плоскость его поляризации занимает в пространстве строго определённое положение. Поэтому свет, излучённый отдельным атомом, является плоскополяризованным.
В естественных источниках света свет излучается множеством атомов и каждый атом излучает в своей плоскости и в результате свет, излучённый большим количеством атомов имеет множество плоскостей поляризации, ориентированных во всевозможных направлениях. Такой свет поляризованным не является. Поэтому, естественный свет является неполяризованным.
Для изображения на чертеже поляризованного и неполяризованного света, используют так называемый модельный луч. На рисунке показаны четыре типа модельного луча:
Следует отметить, что глаз человека не способен отличить поляризованный свет от неполяризованного. А в ряде случаев необходимо знать, поляризован свет или нет и если поляризован – то в какой плоскости. Чтобы это узнать, используются специальные технические приёмы, о которых будет сказано ниже.
4) Поляризатор и анализатор. Закон Малюса.
Как получить поляризованный свет? Как известно, одиночный атом излучает поляризованный свет. Но этот свет очень слабый и непригоден для практического использования. Для этого нужен свет, излучаемый многими атомами. Но на практике невозможно в естественном источнике света заставить все атомы излучать свет в одной и той же плоскости поляризации. В данной ситуации существует единственный выход: пропустить свет через такое устройство, при прохождении через которое все плоскости поляризации будут отсечены кроме одной, которая совпадает с плоскостью пропускания данного устройства.
Такое устройство называется поляризатором:
Как известно, глаз не может различить, где поляризован свет, а где нет. Как же на практике отличить поляризованный свет от неполяризованного?
Для этого нужно взять ещё одно такое же устройство и поставить его на пути поляризованного луча света. Если плоскость пропускания совпадает с плоскостью поляризации луча света, то луч пройдёт весь, практически без потерь. Но если плоскость пропускания будет перпендикулярна плоскости поляризации, то луч света вообще не пройдёт. Такое устройство называется анализатором. С помощью анализатора можно узнать, поляризован свет или нет. Нужно только пропустить луч света через анализатор и при этом вращать его вокруг оси, совпадающей с падающим лучом. Если луч поляризован, то его интенсивность будет на выходе изменяться от нуля до максимума в зависимости от угла поворота. Если падающий луч не является поляризованным, то при вращении анализатора интенсивность вышедшего луча изменяться не будет.
Поляризатор и анализатор устроены совершенно одинаково, различаются только функцией и их можно менять местами.
Интенсивность выходящего из анализатора света подчиняется закону Малюса: I = I0 cos 2 ЗдесьI – интенсивность поляризованного света, т.е. света, проходящего между поляризатором и анализатором;I0 — интенсивность света, вышедшего из анализатора;угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора.
- Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера.
Существует ещё один способ поляризации света. Он заключается в том, что если естественный свет падает на границу двух полированных диэлектриков под определённым углом и при этом тангенс угла падения численно равен относительному показателю преломления двух сред, то отражённый луч полностью будет поляризован. Преломлённый же луч будет поляризован частично и при этом преимущественное направление плоскости поляризации преломлённого луча будет перпендикулярно плоскости поляризации отражённого луча. Вектор поляризации отражённого луча расположен параллельно отражающей поверхности. При этом, отражённый и преломлённый лучи будут взаимно перпендикулярны: При этом соблюдается соотношение: tg=n Здесь — угол Брюстера;n— относительный показатель преломления. Это – закон Брюстера. Следует учесть, что если свет на отражающую поверхность падает не под углом Брюстера, то отражённый луч будет поляризован частично.