Какие способы получения поляризованного света вам известны

2. Способы получения поляризованного света.

Существует.несколько способов получения и анализа поляризованного света.

1. Поляризация при помощи поляроидов

Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение поляроидов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2. Поляризация посредством отражения

Если естественный луч света падает на черную полированную поверхность, то отраженный луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком.

Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.

3. Поляризация посредством преломления

Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.

3. Поляризация при отражении света от диэлектрика. Закон Брюстера.

Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектриков

Одним из способов получения поляризованного света является его отражение и преломление на границе раздела двух изотропных диэлектриков. Пусть на границу раздела диэлектриков 1 и 2 падает естественный свет. Отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения, в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения. При некотором угле падения, называемом углом Брюстера, отраженный луч становится полностью поляризованным (плоско поляризованным).

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателя преломления с таким углом, при котором свет, отражённый от границы раздела, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, причем поляризация преломленного луча достигает наибольшего значения. Легко установить, что в этом случае отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Соответствующий угол называется углом Брюстера.

Это явление оптики названо по имени шотландского физика Дэвида Брюстера, открывшего его в 1815 году.

Закон Брюстера: , где n₂₁ — показатель преломления второй среды относительно первой, θ_Br — угол падения (угол Брюстера).

4. Закон Малюса.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент прозрачности поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где и — циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах. Потери на отражение, зависящие от и не учитываемые законом Малюса, определяются дополнительно.

Какие способы получения поляризованного света вам известны

Линейно поляризованное излучение может быть получено с использованием следующих оптических явлений:

① Отражение света от диэлектрической пластины

Отраженный от изотропного диэлектрика свет всегда частично поляризован. Степень поляризации отраженного света зависит от показателя преломления диэлектрика n и от угла падения α и достигает 100% при падении света на поверхность диэлектрика под углом Брюстера. Плоскость поляризации (колебаний электрического вектора) в отраженном свете при этом перпендикулярна плоскости падения. Падение под углом Брюстера изображено на Рис.1.

② Преломление света на границе раздела двух диэлектрических сред

Поскольку отраженный от диэлектрической пластинки свет оказывается частично или полностью поляризованным, преломленный свет также частично поляризуется. Преимущественное направление колебаний электрического вектора в прошедшем свете совпадает с плоскостью преломления луча. Максимальная степень поляризация преломленного света достигается при падении под углом Брюстера. Для увеличения степени поляризации преломленного света используют стопу стеклянных пластинок, расположенных под углом Брюстера к падающему свету (стопа Столетова).

③ Преломление света в анизотропных кристаллах

Некоторые кристаллы обладают свойством анизотропии[1], что приводит к тому, что преломляясь в таком кристалле, световой луч разделяется на два луча с взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний. Это свойство также называется двулучепреломлением. Отводя один из лучей в сторону, можно получить линейно поляризованный свет – так устроена, например, поляризационная призма Ни́коля.

Поляризационные призмы состоят из двух либо более призм, по меньшей мере, одна из которых вырезается из оптически анизотропного кристалла. Конструктивно поляризационные призмы выполняют так, что проходящий через них свет непременно будет проходить наклонную границу раздела двух сред, на которой условия преломления света для компонент светового пучка, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, резко различаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутреннего отражения, в итоге чего через поляризационную призму проходит только вторая компонента. Таковы, к примеру, часто используемые на практике однолучевые призмы Ни́коля и Фуко́.

Также применяют поляризационные призмы, в которых кристаллическая пластинка вклеена между двумя призмами из стекла, показатель преломления которого близок к бо́льшему показателю преломления кристалла. В таких поляризационных призмах проходит луч обыкновенный, а отражается – необыкновенный. Для того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутреннее отражение, выбираются определённые значения преломляющих углов призм и, как правило, определённые ориентации оптических осей кристаллов, из которых они вырезаны (призмы Глана–То́мсона, Глана, Глазебру́ка, Франка–Ри́ттера, Рошо́на, Сенармо́на, Волласто́на и другие).

④ Поглощение света в дихроичных пластинках

У некоторых анизотропных кристаллов коэффициенты поглощения света для двух взаимно перпендикулярно поляризованных лучей отличаются настолько, что уже при небольшой толщине кристалла один из лучей гасится почти полностью и из кристалла выходит линейно-поляризованный пучок света. Это явление носит название дихроизма. В настоящее время дихроичные пластинки изготавливаются в виде тонких пленок – поляроидов. Поляроиды изготовляются из очень мелких кристаллов турмалина или герапатита (сернокислого йодхинина), нанесенных на целлулоидную пленку. Оптические оси всех кристалликов толщиной около 0,1 мм специальным способом ориентируют в одном направлении. Кристаллы герапатита почти полностью поглощают обыкновенный луч. Таким образом, падающий естественный свет, проходя сквозь поляроид, становится линейно-поляризованным.

[1] Различие свойств в разных направлениях (изотропия – одинаковость свойств)

Оборудование

• Рефрактометры
• Поляриметры и сахариметры
• Рефрактополяриметры
• Солемеры кондуктометрические
• pH метры и кондуктометры
• Рефрактосолемеры
• Измерители кислотности
• Вискозиметры
• Анализаторы масла
• Инфракрасные Brix-метры
• CO2 Brix мониторы
• Аксессуары
• Стандартные образцы

Поляризация света для «чайников»: определение, суть явления и сущность

В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.

В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.

Что такое поляризация света

Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?

Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?

Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.

Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.

Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.

Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.

Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.

Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.

Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.

Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Откуда берется поляризованный свет?

Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.

Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.

Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.

В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света — турмалин.

Еще один способ получения поляризованного света — отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.

Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.

Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.

Линейно поляризованный свет — свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.

Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.

Поляризация — не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.

Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему «поляризация света».

Мы поможем сдать на отлично и без пересдач

• Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа от 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

1.3.1. Способы получения поляризованного света

Существует класс веществ, физические свойства которых зависят от направления. Такие вещества называют анизотропными.

Анизотропными являются практически все кристаллические вещества.

В некоторых прозрачных кристаллах плоскополяризованный свет с разной ориентацией вектора Е распространяется по-разному. Например, в турмалине плоскополяризованный свет с одной ориентацией плоскости колебаний вектора Е проходит почти без потерь, а свет, в котором вектор Е перпендикулярен первому, вообще не проходит.

Направление в кристалле, параллельное плоскости колебаний вектора Е, при котором плоскополяризованный свет, проходящий сквозь кристалл, не ослабляется, называют осью поляризации.

Таким образом, свет, поляризованный параллельно оси поляризации турмалина, пройдет через кристалл без ослабления. Свет, поляризованный перпендикулярно оси поляризации, не проходит, он поглощается турмалином.

Если на кристалл падает плоскополяризованный свет, в котором плоскость колебаний вектора Е образует угол  с осью поляризации, то составляющая Еcos пройдет сквозь кристалл без ослабления, а остальная часть падающего излучения поглотится. Следовательно, амплитуда прошедшего плоскополяризованного света равна

,

.

Последнее соотношение называют законом Малю;´са.

С помощью пластинки из подобного кристалла можно получить плоскополяризованный свет. Поэтому такую пластинку называют поляризатором.

Если на поляризатор падает естественный свет, угол  хаотически меняет свое значение. Поэтому доля света, прошедшего сквозь поляризатор, будет соответствовать среднему значению cos 2 . Как известно, при равномерно распределенных значениях  среднее значение квадрата косинуса равно 0,5.

Поэтому естественный свет, проходя сквозь поляризатор, ослабляется в два раза. При этом он превратится в плоскополяризованный свет, плоскость поляризации которого будет параллельна оси поляризации поляризатора.

С помощью поляризатора можно не только получить плоскополяризованный свет, но и определить, является ли пропущенный сквозь поляризатор свет плоскополяризованным (в этом случае поляризационный прибор называют анализатором). Для этого луч света направляют на анализатор перпендикулярно его плоскости, после чего вращают анализатор вокруг направления луча.

Если луч плоскополяризован, то при определенном положении анализатора интенсивность прошедшего света будет максимальна. При повороте анализатора на 90 о свет сквозь него не пройдет.

Если падающий луч будет естественным, то при любом положении анализатора интенсивность прошедшего света будет одинакова (правда, такой же результат будет и в том случае, если свет поляризован по кругу).

Если на анализатор падает частично поляризованный свет, то интенсивность прошедшего света будет зависеть от положения анализатора.

Когда ось поляризации анализатора будет параллельна вектору Е плоскополяризованной компоненты частично поляризованного света, интенсивность прошедшего света будет максимальной (I_max). Если же поляризатор повернуть на 90 о , интенсивность будет минимальной (I_min). Знание этих величин позволяет рассчитать степень поляризации частично поляризованного света.

Следует отметить, что результаты анализа света будут такими же, если свет будет эллиптически поляризованным. Для того чтобы отличить частично поляризованный свет от эллиптически поляризованного и естественный свет от поляризованного по кругу, существуют более сложные методы анализа.

Второй способ получения поляризованного света основан на отражении света от поверхности диэлектрика. Рассмотрим механизм этого способа поляризации света.

Пусть на поверхность диэлектрика падает плоскополяризованный свет.

Пусть плоскость колебаний вектора Е совпадает с плоскостью падения луча * .

Колебания вектора Е вызовут колебания электронов вещества. Колебательное движение является ускоренным движением.

Как известно, электромагнитные волны испускаются зарядами, движущимися ускоренно. Следовательно, начавшиеся колебания электронов в веществе породят электромагнитные волны.

Примерный вид диаграммы направленности излучения колеблющегося заряда показан на расположенном рядом рисунке (стрелкой показано направление колебаний заряда).

По диаграмме видно, что максимальное излучение электромагнитных волн будет происходить в направлении, перпендикулярном направлению колебаний электрона. В направлении же, совпадающем с направлением колебаний, энергия не излучается.

Именно так возникает отраженный свет.

Если выбрать такой угол падения i, при котором направление отраженного луча совпадает с направлением колебаний электронов, то отраженного света не будет.

Шотландский физик Дэвид Брюстер экспериментально обнаружил этот эффект в 1815 г.

Угол падения, при котором наблюдается этот эффект, отвечает выражению

,

где i_Бр – угол падения света (угол Брюстера); n – показатель преломления диэлектрика.

Это соотношение называют законом Брюстера.

Отметим, что при падении света под углом Брюстера угол между отраженным и преломленным лучом равен ровно 90.

Вернемся к анализу рассматриваемой ситуации.

Пусть теперь плоскость колебаний вектора Е перпендикулярна плоскости падения. В этом случае отраженный луч возникает при любом угле падения света – любое направление отраженного луча будет перпендикулярно направлению колебаний электронов в диэлектрике.

Поэтому при отражении естественного света от диэлектрика возникает частично поляризованный свет. В отраженном свете будет преобладать свет с вектором Е, колеблющимся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

Если же естественный свет падает на диэлектрик под углом Брюстера, отраженный свет будет плоскополяризованным.

Существуют и другие способы получения поляризованного света. Один из них, основанный на явлении двойного лучепреломления, будет рассмотрен в следующем разделе.