что относится к недостатку поляроидов

§ 73. Поперечность световых волн. Поляризация света (окончание)

Это предположение полностью объясняет результаты второго опыта. Из первого кристалла выходит плоскопо- ляризованная волна. При скрещенных кристаллах (угол между их осями 90°) она не проходит сквозь второй кристалл. Если оси кристаллов составляют между собой некоторый угол, отличный от 90°, то проходят колебания, амплитуда которых равна проекции амплитуды волны, прошедшей через первый кристалл, на направление оси второго кристалла.

Итак, кристалл турмалина преобразует естественный свет в плоскополяризованный.

Механическая модель опытов с турмалином

Нетрудно построить простую наглядную механическую модель рассматриваемого явления. Можно получить поперечную волну в резиновом шнуре так, чтобы колебания быстро меняли свое направление в пространстве. Это аналог естественной световой волны. Пропустим теперь шнур сквозь узкий деревянный ящик (рис. 8.64). Из колебаний всевозможных направлений ящик «выделяет» колебания в одной определенной плоскости. Поэтому из ящика выходит поляризованная волна. Если на ее пути имеется еще точно такой же ящик, но повернутый относительно первого на 90°, то колебания сквозь него не проходят. Волна целиком гасится.

Поляроиды

Не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды. Поляроид представляет собой тонкую (0,1 мм) пленку кристаллов герапатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку. С поляроидом можно провести те же опыты, что и с кристаллом турмалина. Преимущество поляроидов в том, что можно получать большие поверхности, поляризующие свет. К недостаткам поляроидов относится фиолетовый оттенок, который они придают белому свету.

Прямыми опытами доказано, что световая волна является поперечной. В поляризованной световой волне колебания происходят в строго определенном — поперечном направлении.

Вопрос к параграфу

Чем отличается естественный свет от поляризованного?

Источник

Поглощение света в дихроичных пластинках (поляроиды)

У некоторых двоякопреломляющих кристаллов (например, турмалина) ко­эффициенты поглощения света для обыкновенного и необыкновенного лучей отличаются настолько сильно, что уже при небольшой толщине кристалла один из лучей (обыкновенный) гасится практически полностью, и из кристалла вы­ходит линейно поляризованный пучок света определенного спектрального со­става (для турмалина это желто-зеленая часть спектра). Это явление носит на­звание дихроизма. В настоящее время дихроичные пластинки изготовляются в виде тонких пленок – поляроидов.

В последнее время появились поляроиды, которые получаются путем иоди­рования пластмасс и создания из них растянутых пленок. Сильный дихроизм таких пленок обусловлен одинаковой ориентацией молекул I₂ находящихся среди ориентированных в одном направлении молекул пластмассы. Пластмас­совые поляроиды дают очень высокую степень поляризации по всему видимо­му спектру, включая и его красную область.

Преимущество поляроидов по сравнению с поляризационными призмами заключается в возможности получать поляризующие системы с большой апер­турой. Малая толщина поляроида позволяет устанавливать его практически в любом месте оптической системы. Степень поляризации достигает 98%.

Недостатки поляроидов связаны с некоторым изменением спектрального со­става света, проходящего через такой поляризатор. Поляризационные призмы из кальцита или кварца практически не изменяют спектральный состав прохо­дящего через них света.

Изучение поляризационных приспособлений удобно проводить на приборе Норренберга

Задание I. Изучение поляризационных приспособлений.

1) Поместите на платформу поляроид и, вращая его вокруг вертикальной оси, проведите наблюдение над прошедшим лучом. Изменяется ли ин­тенсивность света при повороте? Объясните наблюдаемое явление.

2) На верхнюю платформу поместите призму Николя (в качестве анализато­ра), а на предметный столик- поляроид (в качестве поляризатора).

Поворачивая призму Николя, убедитесь, что свет, прошедший через поляроид, поляризован. Поменяв местами призму и поляроид, повторите опыт.

На предметный столик поместите горизонтальную стопу Столетова (поляризатор). На верхнюю платформу – поляроид (анализатор). Исследуя при помощи поляроида свет, прошедший через стопу Столетова, решите, поляризован ли он. Повторите подобные наблюдения несколько раз, меняя угол наклона стопы. Объясните наблюдаемое. Можно ли добиться полной поляризации света, пользуясь стопой Столетова?

Сколько раз при полном – повороте поляроида получается гашение света и достигается максимум яркости?

3) Пронаблюдайте двойное лучепреломление в исландском шпате. Для этого установите кристалл на верхнюю платформу. В поле зрения видны два изображения диафрагмы: одно создается обыкновенным лучом, другое – необыкновенным. При вращении кристалла одно изображение диафрагмы остается неподвижным, другое – описывает окружность вокруг первого.

Поместите на предметный столик призму Николя (в качестве поляризатора), на верхнюю платформу – кристалл исландского шпата. Что наблюдается при вращении кристалла? Объясните наблюдаемое явление. Отметьте по шкале угол поворота, соответствующий переходу от гашения луча обыкновенного к гашению луча необыкновенного.

На платформе в гнезде может вращаться анализатор поляризованного света. Положение анализатора относительно прибора может быть отсчитано с помощью указателя.

Лист бумаги необходимо хорошо осветить, поставив рядом осветитель. Если на предметном столике нет поляризатора, то прибор Норренберга пропустит в вертикальном направлении пучок неполяризованных лучей.

Источник

11 класс

§ 54. Поляризация световых волн

Поперечность световых волн. Поляризация.

Явления интерференции и дифракции не оставляют сомнений в том, что распространяющийся свет обладает свойствами волн. Но каких волн — продольных или поперечных?

Исследования физических явлений опытным путём

Поперечность световых волн была доказана в ходе многочисленных экспериментов. Рассмотрим лишь один из них. Это опыт с кристаллами турмалина — прозрачными кристаллами зелёной окраски. Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу так называемых одноосных кристаллов. Возьмём прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из её граней была параллельна оси кристалла. Если направить перпендикулярно на такую пластину пучок света от электрической лампы или Солнца, то вращение пластины вокруг пучка не приведёт к изменению интенсивности света, прошедшего через неё.

Теперь заставим пучок света пройти через второй (2) точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому (1) (рис. 8.35, а). При одинаково направленных осях кристаллов опять ничего интересного не происходит: просто световой пучок ещё более ослабляется за счёт поглощения во втором кристалле. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным (рис. 8.35, б), то обнаружится удивительное явление — гашение света. По мере увеличения угла между осями интенсивность света уменьшается. В том случае, когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем (рис. 8.35, в). Он полностью поглощается вторым кристаллом. Как это можно объяснить?

Из этих опытов следует два факта. Во-первых, световая волна, идущая от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения (при вращении кристалла вокруг луча в первом опыте интенсивность не менялась). Во-вторых, волна, вышедшая из первого кристалла, не обладает осевой симметрией (в зависимости от поворота второго кристалла относительно луча получается та или иная интенсивность прошедшего света).

Полное объяснение опыта можно получить, сделав два предположения. Первое из них относится к самому свету. Свет — поперечная волна. Но в падающем от обычного источника пучке волн присутствуют колебания всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения волны (рис. 8.36).

Световую волну с колебаниями по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения, называют естественной.

В обычных условиях источники света создают именно такую волну. Данное предположение объясняет результат первого опыта. Вращение кристалла турмалина не меняет интенсивность прошедшего света, так как падающая волна обладает осевой симметрией (несмотря на то что она является поперечной).

Второе предположение, которое необходимо сделать, относится к кристаллу. Кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, лежащими в одной определённой плоскости (плоскость P на рис. 8.37). Такой свет называют поляризованным или, точнее, плоскополяризованным, в отличие от естественного света, который может быть назван также неполяризованным. Это предположение полностью объясняет результаты второго опыта. Из первого кристалла выходит плоскополяризованная волна.

При скрещенных кристаллах (угол между осями 90°) она не проходит сквозь второй кристалл. Если оси составляют между собой некоторый угол, отличный от 90°, то проходят колебания, амплитуда которых равна проекции амплитуды волны, прошедшей через первый кристалл, на направление оси второго кристалла.

Итак, кристалл турмалина поляризует свет, т. е. преобразует естественный свет в плоскополяризованный. Это означает, что в поляризованном свете вектор напряжённости E электрического поля совершает колебания только в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации.

Устройство, преобразующее естественный свет в поляризованный, называют поляризатором. Устройство, позволяющее определять плоскость поляризации световой волны, называют анализатором. В опыте, показанном на рисунке 8.35, поляризатором является пластинка 1, анализатором — пластинка 2.

Поляроиды.

Не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством обладают, например, так называемые поляроиды. Поляроид представляет собой тонкую (0,1 мм) плёнку кристаллов герапатита, нанесённую на целлулоид или стеклянную пластинку. C поляроидом можно проделать те же опыты, что и с кристаллом турмалина.

Преимущество поляроидов состоит в том, что можно создавать большие поверхности, поляризующие свет. К недостаткам поляроидов относится фиолетовый оттенок, который они придают белому свету.

Поляроидные плёнки применяют для регулировки интенсивности света, например, в солнечных очках, фарах автомобиля, в фотографии для получения моментальных снимков (рис. 8.38) и др.

Отметим, что свет поляризуется не только при прохождении сквозь кристаллы. Частичная поляризация света наблюдается при отражении света от поверхности диэлектрика и при преломлении света. Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь естественного света и плоскополяризованного. Поляризацию света легко обнаружить, наблюдая сквозь полоску поляроида отражённый от поверхности воды или стекла пучок лучей.

Вопросы:

1. Как можно экспериментально установить поперечность световых волн?

2. Как можно объяснить результаты опытов, показанных на рисунке 8.35?

3. Чем отличается естественная световая волна от плоскополяризованной?

а) плоскостью поляризации;

5. Что представляют собой поляроиды? Приведите примеры использования поляроидных плёнок.

Это любопытно.

Из истории развития физики и техники

В 1808 г. французский физик и инженер Этьен Луи Малюс (1775—1812) открыл явление поляризации света. Он рассматривал сквозь пластинку исландского шпата отблеск Солнца в окнах Люксембургского дворца в Париже. При этом он обнаружил, что при некоторых положениях кристалла вместо двух преломлённых лучей наблюдается только один! Сначала Малюс решил, что замеченное им явление объясняется изменениями яркости солнечного света, обычно незаметными для глаза.

Но в ту же ночь он собрал на столе экспериментальную установку, состоявшую из восковой свечи, чаши с водой, угломера и кристалла исландского шпата. Постепенно поднимая чашу, Малюс изменял угол падения света от восковой свечи на поверхность воды. Лучи света, отражённые от гладкой поверхности воды, Малюс рассматривал через кристалл. Когда угол падения лучей достиг 36°, в кристалле один из преломлённых лучей исчез. После этого Малюс заменил чашу с водой на стеклянное зеркало — и снова повторилась та же картина, но на этот раз лучи падали под углом 35°, когда исчезал один из преломлённых лучей.

Явление поляризации Малюс объяснял тем, что частицы света имеют полюсы, как магниты. В обычном свете полюсы разных частиц направлены беспорядочно. Но при поляризации отсортировываются лишь частицы света с определёнными направлениями полюсов. Возможно, используя слово «полюс», Малюс и предложил назвать новое явление поляризацией. Кроме того, он вывел закон, позволяющий определить интен сивность света, прошедшего через поляризатор.

Источник

Что относится к недостатку поляроидов

Длительное время основатели волновой оптики Юнг и Френель считали световые волны продольными, т. е. подобными звуковым волнам. В то время световые волны рассматривались как упругие волны в эфире, заполняющем пространство и проникающем внутрь всех тел. Такие волны, казалось, не могли быть поперечными, так как поперечные волны могут существовать только в твердом теле. Но как могут тела двигаться в твердом эфире, не встречая сопротивления? Ведь эфир не должен препятствовать движению тел. В противном случае не выполнялся бы закон инерции.

Однако постепенно набиралось все больше и больше экспериментальных фактов, которые никак не удавалось истолковать, считая световые волны продольными.

Опыты с турмалином. Рассмотрим подробно только один из экспериментов, очень простой и исключительно эффектный. Это опыт с кристаллами турмалина (прозрачными кристаллами зеленой окраски).

Кристалл турмалина имеет ось симметрии и принадлежит к числу так называемых одноосных кристаллов. Возьмем прямоугольную пластину турмалина, вырезанную таким образом, чтобы одна из ее граней была параллельна оси кристалла. Если направить нормально на такую пластину пучок света от электрической лампы или солнца, то вращение пластины вокруг пучка никакого изменения интенсивности света, прошедшего через нее, не вызовет (рис. 135). Можно подумать, что свет только частично поглотился в турмалине и приобрел зеленоватую окраску. Больше ничего не произошло. Но это не так. Световая волна приобрела новые свойства.

Эти новые свойства обнаруживаются, если пучок заставить пройти через второй точно такой же кристалл турмалина (рис. 136, а), параллельный первому. При одинаково направленных осях кристаллов опять ничего интересного не происходит: просто световой пучок еще более ослабляется за счет поглощения во втором кристалле. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным (рис. 136, б), то обнаружится удивительное явление— гашение света. По мере увеличения угла между осями интенсивность света уменьшается. И когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем (рис. 136, в). Он целиком поглощается вторым кристаллом. Как это можно объяснить?

Поперечность световых волн. Из описанных выше опытов следует два факта: во-первых, что световая волна, идущая от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения (при вращении кристалла вокруг луча в первом опыте интенсивность не менялась) и, во-вторых, что волна, вышедшая из первого кристалла, не обладает осевой симметрией (в зависимости от поворота второго кристалла относительно луча получается та или иная интенсивность прошедшего света).

Продольные волны обладают полной симметрией по отношению к направлению распространения (колебания происходят вдоль этого направления, и оно является осью симметрии волны). Поэтому объяснить опыт с вращением второй пластины, считая световую волну продольной, невозможно.

Полное объяснение опыта можно получить, сделав два предположения.

Первое предположение относится к самому свету. Свет — поперечная волна. Но в падающем от обычного источника пучке волн присутствуют колебания всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения волн (рис. 137).

Согласно этому предположению световая волна обладает осевой симметрией, являясь в то же время поперечной. Волны, например, на поверхности воды такой симметрией не обладают, так как колебания частиц воды происходят только в вертикальной плоскости.

Световая волна с колебаниями по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения, называется естественной. Такое название оправдано, так как в обычных условиях источники света создают именно такую волну. Данное предположение объясняет результат первого опыта. Вращение кристалла турмалина не меняет интенсивность прошедшего света, так как падающая волна обладает осевой симметрией (несмотря на то, что она поперечная).

Второе предположение, которое необходимо сделать, относится к кристаллу. Кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, лежащими в одной определенной плоскости (плоскость Р на рис. 138).

Такой свет называется поляризованным или, точнее, плоскополяризованным в отличие от естественного света, который может быть назван также неполяризованным. Это предположение полностью объясняет результаты второго опыта. Из первого кристалла выходит плоскополяризованная волна. При скрещенных кристаллах (угол между осями 90°) она не проходит сквозь второй кристалл. Если оси кристаллов составляют между собой некоторый угол, отличный от 90°, то проходят колебания, амплитуда которых равна проекции амплитуды волны, прошедшей через первый кристалл, на направление оси второго кристалла.

Итак, кристалл турмалина преобразует естественный свет в плоско-поляризованный.

Механическая модель опытов с турмалином. Нетрудно построить простую наглядную механическую модель рассматриваемого явления. Можно создать поперечную волну в резиновом шнуре так, чтобы колебания быстро меняли свое направление в пространстве. Это аналог естественной световой волны. Пропустим теперь шнур сквозь узкий деревянный ящик (рис. 139). Из колебаний всевозможных направлений ящик «выделяет» колебания в одной определенной плоскости. Поэтому из ящика выходит поляризованная волна.

Если на ее пути имеется еще точно такой же ящик, но повернутый относительно первого на 90°, то колебания сквозь него не проходят. Волна целиком гасится.

Поляроиды. Не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды. Поляроид представляет собой тонкую (0,1 мм) пленку кристаллов герапатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку. С поляроидом можно проделать те же опыты, что и с кристаллом турмалина. Преимущество поляроидов в том, что можно создавать большие поверхности, поляризующие свет.

К недостаткам поляроидов относится фиолетовый оттенок, который они придают белому свету.

Поперечность волны

Установка для наблюдения трехсантиметровых волн

Поляризация трехсантиметровых волн

Поляризатор и анализатор для трехсантиметровой волны

Поляризация естественного света при отражении от стекла

Угол Брюстера

Естественный видимый свет. Три поляризатора. Закон Малюса

Поляризатор и анализатор для дециметровой волны

Источник

Поляризация света. Поляроиды

Содержание:

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Поляризация света является одним из фундаментальных свойств оптического излучения, заключающимся в неравенстве разных направлений в плоскости, перпендикулярной световому пучку (направление распространения световой волны). Геометрические характеристики, отражающие особенности этого неравенства, также называют поляризацией света.

Поперечность световых волн выражается в том, что векторы напряженности электрического поля E и колеблющейся в них напряженности магнитного поля H перпендикулярны направлению распространения волны. Векторы E и H отмечают определенные направления в пространстве, занимаемом волной. Кроме того, E и H почти всегда взаимно перпендикулярны, поэтому, чтобы полностью описать состояние поляризации света, необходимо знать поведение только одного из них. Обычно вектор E выбирается для этой цели.

Световая волна, излучаемая одним элементарным излучателем (атомом, молекулой) за один акт излучения, всегда полностью поляризована. Но макроскопические источники света состоят из огромного количества элементарных излучателей, что приводит к хаотическому распределению ориентации вектора E в пространстве. Такое излучение называется неполяризованным (естественным) светом, и вектор E, как и любой вектор, всегда можно представить в виде суммы его проекций на 2 взаимно перпендикулярных направления (выбранных в плоскости, поперечной направлению распространения света). При естественном освещении разность фаз между такими проекциями изменяется непрерывно и хаотично. В полностью поляризованном свете эта разность фаз строго постоянна, то есть взаимно перпендикулярные компоненты E когерентны. Создав определенные условия на пути распространения естественного света, можно отделить от него поляризованный (полностью или частично) компонент. Кроме того, полная или частичная поляризация света происходит в ряде естественных процессов излучения света и его взаимодействия с веществом.

Полная поляризация монохроматического света характеризуется проекцией траектории конца вектора E в каждой точке луча на плоскость, перпендикулярную лучу. В общем случае, так называемый. При эллиптической поляризации такой проекцией является эллипс, который связан с постоянством частоты колебаний и разностью фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Е в монохроматической волне. Для полного описания эллиптической поляризации света необходимо знать направление вращения E вдоль эллипса (вправо или влево), ориентацию осей эллипса и его эксцентриситет.

Поляризация света и связанные с ней явления

Если фазовое соотношение между компонентами Е_x и Е_у меняется за времена, много меньшие времени измерения поляризации света, нельзя говорить о полной поляризации света. Однако может случиться, что в составляющих пучок света монохроматических волнах Е меняется не совершенно хаотически, а между взаимно перпендикулярными компонентами Е существует некоторый преимущественный фазовый сдвиг (фазовая корреляция), сохраняющийся в течение достаточно длительного времени. Физически это означает, что в поле световой волны одна из компонент вектора Е всегда больше другой (Е_x х Е_у). Степень подобной фазовой корреляции в таком (частично поляризованном) свете описывают степенью поляризации света р:

где индексы 1 и 2 относятся к интенсивностям I света двух ортогональных поляризаций. Очевидно, что р может меняться от 0 до 100%, отражая все количественные градации состояния поляризации света. Однако следует иметь в виду, что свет, проявляющийся в одних опытах как неполяризованный, в других может оказаться полностью поляризованным – с поляризацией, меняющейся во времени, по сечению пучка или по спектру.

К частичной или полной поляризации света может приводить множество физических процессов.

Это, например, отражение и преломление света, при которых поляризация света обусловлена различием оптических характеристик границы раздела двух сред для компонент светового пучка, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости падения. Свет может поляризоваться при прохождении через среды, обладающие естественной или вызванной внешними воздействиями (индуцированной) оптической анизотропией (вследствие неодинаковости коэффициентов поглощения света при различных состояниях поляризации света, например при правой и левой круговых поляризациях т. н. круговой дихроизм, являющийся частным случаем плеохроизма; вследствие различия преломления показателей среды для лучей различных линейных поляризаций войного лучепреломления.

Очень часто полностью поляризовано излучение лазеров; одной из основных причин поляризации света в лазерах является специфический характер вынужденного излучения, при котором поляризации испускаемого фотона и фотона, вызвавшего акт испускания, абсолютно тождественны; таким образом, при лавинообразном умножении числа испускаемых фотонов в лазерном импульсе их поляризации могут быть совершенно одинаковыми.

Поляризация возникает при резонансном излучении в парах, жидкостях и твёрдых телах. Поляризация при рассеянии света столь характерна, что её исследование один из основных способов изучения как особенностей и условий самого рассеяния, так и свойств рассеивающих центров, в частности их структуры и взаимодействия между собой.

В определённых условиях сильно поляризовано люминесцентное свечение, особенно при возбуждении его поляризованным светом. Поляризация весьма чувствительна к величине напряжённости и ориентации электрических и магнитных полей; в сильных полях компоненты, на которые расщепляются спектральные линии испускания, поглощения и люминесценции газообразных и конденсированных систем, оказываются поляризованными.

Хроматическая поляризация света. Одним из эффектов интерференции поляризованных световых лучей является хроматическая поляризация света, связанная с зависимостью всех интерференционных явлений от длины волны излучения. Это проявляется, в частности, в окраске интерференционной картины, возникающей из-за интерференции белого света.

Двойное лучепреломление

Направление колебаний электрического вектора в необычном луче лежит в плоскости основного участка (проходящего через оптическую ось и луч света), которая является плоскостью поляризации. Нарушение законов преломления в необычном луче связано с тем, что скорость распространения необычной волны, а следовательно, и ее показатель преломления ne зависит от направления. Для обычной волны, поляризованной в плоскости, перпендикулярной основному сечению, показатель преломления nо одинаков для всех направлений. Если из точки O мы откладываем векторы, длины которых равны значениям ne и nо в разных направлениях, то геометрические места концов этих векторов образуют сферу для обычной волны и эллипсоида для неординарности (поверхность показателей преломления).

В прозрачных кристаллах интенсивности обычных и необычных лучей практически одинаковы, если падающий свет был естественным. Подсветив один из лучей двойного лучепреломления с помощью диафрагмы и пропустив его через второй кристалл, можно снова получить двулучепреломление. Однако интенсивности обычных и необычных лучей в этом случае будут разными, поскольку падающий луч поляризован. Отношение интенсивностей зависит от взаимной ориентации кристаллов от угла, образованного плоскостями основных сечений обоих кристаллов (плоскостей, проходящих через оптическую ось и луч света). В общем случае кристалл может иметь две оптические оси, то есть два направления, вдоль которых нет двулучепреломления. В двуосных кристаллах оба луча, возникающие при двулучепреломлении, ведут себя как необычные.

Оптическая активность ability способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через нее света. Одним из первых исследований, которое привело к обнаружению оптической активности, было исследование зависимости интенсивности линейно поляризованного света после его прохождения через анализатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и анализатора, проведенное по Э. Л. Малюсом. В 1810 году он установил связь между интенсивностями света, падающего на анализатор I0, и света, покидающего его I, и углом, который был назван законом Малуса:

Дальнейшие исследования показали, что для объяснения оптической активности важно учитывать изменение поля световой волны на расстояниях порядка размера молекулы (при описании многих других оптических явлений такое изменение может быть пренебречь).

Поляризационные приборы и устройства

В простейших поляризационных устройствах поляризаторах для получения полностью или частично поляризованного света используется одно из трех физических явлений: поляризация при отражении света или преломление света на границе раздела двух прозрачных сред; линейный дихроизм; Двойное лучепреломление.

Свет, отраженный от поверхности, разделяющей две среды с разными показателями преломления n, всегда частично поляризован. Если световой луч падает на границу раздела под углом, тангенс которого равен отношению абсолютных показателей преломления второй и первой сред (их относительный показатель преломления n = n₂ / n₁), то отраженный луч полностью поляризованным. Недостатками отражающих поляризаторов являются малость коэффициента отражения и сильная зависимость степени поляризации p от угла падения и длины света. Преломленный пучок также частично поляризован, и его степень поляризации монотонно возрастает с увеличением угла падения. Пропуская свет последовательно через несколько прозрачных плоскопараллельных пластин, можно добиться того, что степень проходящего света будет значительной.

Среды с оптической анизотропией по-разному поглощают пучки разной поляризации. Если толщина пластины, вырезанной из анизотропного кристалла (с полосами поглощения в требуемой области спектра), параллельной его оптической оси, достаточна для почти полного поглощения одного из лучей, то свет, прошедший через пластину, будет полностью поляризован. Такие поляризаторы называются дихроичными. К ним относятся поляроиды, поглощающее вещество которых может быть как кристаллическим, так и некристаллическим. Важными преимуществами поляроидов являются компактность, большие рабочие апертуры (максимальные углы апертуры сходящегося или расходящегося падающего луча, при которых проходящий свет все еще полностью поляризован) и практически полное отсутствие ограничений по размеру.

Все поляризаторы (линейные, круговые, эллиптические) могут использоваться не как в качестве поляризаторов, так и в качестве анализаторов. Эллиптически поляризованный свет анализируется с использованием разностных компенсаторов, самым простым из которых является четвертьволновая фазовая пластина. Часто проблема деполяризации частично поляризованного излучения обычно решается не путем истинной деполяризации (это трудная задача), а сводится к созданию тонкой пространственной, спектральной или временной поляризационной структуры светового пучка.

Приборы для поляризационно-оптических исследований

В настоящее время существует множество устройств для поляризационно-оптических исследований, которые отличаются необычайным разнообразием как областей применения, так и конструкции и принципов работы.

Они используются для фотометрических и пирометрических измерений, кристаллооптических исследований, исследования механических напряжений в структурах, в микроскопии, в поляриметрии и сахариметрии, в высокоскоростной фотографии и съемке, в геодезических приборах, в системах оптической локации и оптической связи, в схемы лазерного управления для физических исследований электронной структуры атомов, молекул и твердых тел и т. д. Многие из этих устройств описаны в отдельных работах. Мы дадим лишь краткий обзор некоторых основных классов таких устройств.

Элементом большинства поляризационных устройств является цепь, состоящая из линейного поляризатора и анализатора, последовательно соединенных на одной оси. Если их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, схема не пропускает свет (настройка на гашение). Изменение угла между этими плоскостями приводит к изменению интенсивности света, проходящего через систему в соответствии с законом Малуса (пропорционально квадрату косинуса угла).

Самые точные из полярископов могут обнаружить примесь поляризованного света к естественному свету, составляющую долю процента.

Применение метода

Поляриметрия широко используется для изучения оптически активных веществ. Поляриметрия используется для анализа атмосферы и океанов, различных объектов окружающей среды, промышленной продукции и продукции перерабатывающих предприятий.

Эти методы эффективно используются в электронной промышленности, в медицине, биологии, криминалистике и т. д. они имеют большое значение для аналитического контроля окружающей среды и решения экологических проблем.

Методы поляриметрии рассматриваются по ряду предметов по специальности «Физика», например, по курсам «Оптические измерения» и «Структура и методы исследования вещества».

В то же время существует ряд специфических особенностей изучения оптической активности химических соединений, что связано с неаддитивностью этого явления, что не позволяет проводить расчеты по простой схеме, как, например, в случае молекулярной рефракции.

Поляриметрические методы, основанные на измерении поляризационных свойств квазимонохроматического излучения различных спектральных диапазонов, проходящих через исследуемое вещество, являются перспективными.

Заключение

В данной работе рассматриваются основные характеристики поляризованного излучения, методы поляриметрии и типовое оборудование. Методические указания к лабораторной работе «Поляриметрическое определение концентрации вещества в растворе. Проверка закона Био на разных длинах волн».

Чтобы расширить функциональность промышленного поляриметра SM-3, была проведена его модификация, которая заключалась в замене оригинальной системы освещения блоком, который позволяет изменять как белый свет, так и синий, зеленый, желтый и красный диапазоны.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник