Методы поляризации света

Поляризация света для

Методы поляризации света

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?

Электромагнитная волна

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

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.

Естественный, поляризованный  и частично 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.

Поляризация отражением

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.

Фото, сделанные с применением поляризационного фильтра и без него

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».

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/polyarizaciya-sveta-dlya-chajnikov-opredelenie-sut-yavleniya-i-sushhnost/

Методы поляризации света

Методы поляризации света

Методы получения поляризованного света рассматривались различными учеными. Наиболее распространенные из них широко применяются в современном мире.

Открытие поляризации света продвинуло науку на много шагов вперед и позволило ученым совершить важные открытия.

Суть поляризации света в исследованиях ученых

В 1819 г. ученые О. Френель и Д. Араго открыли новое явление в физике, названное поляризацией света. Одним из методов ее получение является пример с прохождением света сквозь кристалл турмалина.

С этой целью берутся две равные прямоугольные пластины из турмалина, вырезанные таким образом, что одна из сторон совпадает с определенным направлением внутри кристалла (оптическая ось).

Далее следует наложить пластины друг на друга, добившись совпадения их осей по направлению, и пропустить через сложенную пару пластинок узкий световой пучок света от какого-либо источника или от Солнца.

Рисунок 1. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При вращении одной из пластинок вокруг пучка (вторая сохраняет свою неподвижность при этом) можно обнаружить, что следующий пучок света становится более слабым, а при ее повороте на 90°, он и вовсе исчезает.

При продолжении вращения пластинки, проходящий пучок света вновь усиливается и постепенно достигает своей предыдущей интенсивности (в условиях ее поворота на 180) иными словами, — после того, как оптические оси снова разместятся параллельным образом.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Световой пучок теряет свою симметричность относительно луча по причине того, что плоскость размещения луча и оси отличается от плоскости, где размещены луч и перпендикуляр к оси турмалиновой пластинки.

Таким образом, способность прохождения такого луча сквозь вторую пластинку турмалина будет зависеть от ее ориентации относительно луча.

Подобная асимметрия отсутствует в световом пучке, что идет непосредственным образом от источника, при этом ориентация пластинки турмалина для данного пучка света не оказывает влияние на его интенсивность. Это объясняется следующим образом:

  • способностью пластинки турмалина к пропусканию световых колебаний исключительно в случае их направленности параллельно оптической оси;
  • направленностью световых колебаний в пучке перпендикулярно линии распространяющегося света (световые волны при этом поперечны);
  • поперечностью колебаний света от источника (Солнца) и одинаковость их количественного отношения.

Прохождение естественного света сквозь турмалин провоцирует отбор из всех направлений поперечных колебаний исключительно тех, которые он способен пропускать. По этой причине свет, представляя собой совокупность поперечных колебаний одного направления и определяемый ориентацией оси пластинки турмалина, считается плоскополяризованным.

Суть методов поляризации света на примерах

Определение 1

Плоскость колебания электрического вектора называется плоскостью колебаний, совершаемых поляризованным светом, при этом перпендикулярная к ней плоскость считается плоскостью поляризации. Поляризация, таким образом, считается явлением формирования поляризованного света из естественного.

Помимо кристалла турмалина, в науке известны и некоторые другие кристаллы, способны поляризовать свет.

При этом большинство из них (к примеру, исландский шпат) могут пропускать два луча одновременно, а эти лучи поляризованы в двух направлениях, взаимно перпендикулярных друг к другу.

Это, в свою очередь, создает определенные трудности в ходе наблюдений поляризованного света и требует наличия специальных приспособлений, чтобы отделить эти лучи друг от друга.

Поляризация света может также наблюдаться при отражении и преломлении света. В качестве одного из простейших методов получения плоскополяризованного света (когда колебания осуществляются в одной плоскости) считается его отражение от поверхности стекла.

Замечание 1

Частично поляризованный свет будет отличаться от естественного (неполяризованного) амплитудой своих колебаний (тем, что в одной определенной плоскости она оказывается больше или меньше сравнительно с другими плоскостями).

Для получения плоскополяризованного света в физике применяются поляроиды (специальные целлулоидные пленки для нанесения равно ориентированных кристаллов герапатита, их широкое использование наблюдается в автомобильной промышленности).

Пример 1

Водитель благодаря таким поляроидам может видеть отраженный свет фар своего авто, то есть – освещаемую ими дорогу, но при этом не видит свет фар встречной машины, поскольку они тоже покрыты поляроидом. Взаимная перпендикулярность плоскости поляризации защищает водителя от ослепляющего воздействия фар встречного автомобиля.

Действие световых волн в методах получения поляризованного света

Открытие явления поляризации света свидетельствует о поперечности световых волн. Таким образом, удалось установить, что световые волны могут считаться электромагнитными и представлять собой распространение переменных магнитного и электрического полей, чьи напряженности при этом перпендикулярны не только друг к другу, а и к линии распространения волны.

Поперечность световых волн доказали в своих опытах ученые, изучая поляризацию света (в частности, это объясняется, благодаря электромагнитной теории света). Направление световых колебаний может определяться направлением колебаний вектора электро-напряженности.

Соответствующие опыты позволили установить тот факт, что у проходящей сквозь турмалин волны колебания вектора такой напряженности будут направленными вдоль оптической оси.

Помимо плоскополяризованного света, в природе существуют еще такие значимые виды поляризованного света:

  • поляризованный по кругу;
  • эллиптически поляризованный свет.

Рисунок 2. Виды поляризации света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Наиболее общим типом световой поляризации света считается эллиптически поляризованный свет, остальные виды поляризации представляют уже частные случаи. С эллиптической поляризацией ученые связывают общее определение естественного света. Так, согласно теории С. Вавилова, естественный свет теоретически можно получать многочисленными способами, если рассматривать его:

  • в виде результата наложения однотипных эллипсов (с хаотично размещенными осями);
  • в качестве суммы любых эллипсов, которые при этом будут хаотично ориентированными.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/metody_polyarizacii_sveta/

Виды поляризации. Способы получения поляризованного света

Методы поляризации света

Свет представляет собой электромагнитные волны в видимом диапазоне длин волн λ= 0,38 — 0,76 мкм, распространяющиеся от источника света в различных направлениях по прямым – лучам.

Электромагнитной волной является распространяющееся с конечной скоростью в пространстве электромагнитное поле, представляющее собой совокупность взаимосвязанных электрического Е и магнитного Н полей, взаимно перпендикулярных между собой и скоростью распространения u(рис. 1).

Взаимная перпендикулярность векторов ЕН и uозначает поперечность электромагнитной волны.

Рис. 1

Задание направления распространения волны и одного из векторов напряженности, например, Е, однозначно определяет направление другого (Н). Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован относительно u.

Процесс поляризации состоит в том, что колебания вектора Е ( и Н) принимают упорядоченный характер – они происходят в неизменных плоскостях. В силу того, что различные виды воздействия света на вещество (физиологическое, химическое и др.

) обусловлено главным образом колебаниями электрического вектора Е, все рассуждения при рассмотрении поляризации ведут относительно вектора Е.

Эксперименты подтвердили, что на сетчатку глаза или эмульсию фотопленки действует именно электрическое поле Е волны.

Свет, в котором направления колебания светового вектора Е каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Различают следующие виды поляризации света:

В поляризованном свете такой симметрии нет. Поляризованным называется свет в котором направление колебаний упорядочено каким-либо образом.

Линейно поляризованным или плоскополяризованным называется свет, в котором вектор Е имеет одно единственное направление колебаний (рис. 2). Плоскость, проходящуючерез векторЕи направление распространения волны называют плоскостью поляризации (по старой терминологии- плоскостью колебаний).
Если по мере распространения света направление колебаний вектора Еповорачивается так, что конец вектора Е описывает эллипс, то такой свет называется эллиптически поляризованным (рис. 3). В частном случае, когда конец вектора Еописывает окружность, свет называется поляризованным по кругу.

1) линейная (плоская) – когда колебания светового вектора Е происходят в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной к лучу. Плоскость колебаний вектора Е называется плоскостью  поляризациисвета;

2) круговая (циркулярная) поляризация – когда конец светового вектора Е описывает окружность в плоскости, перпендикулярной к лучу;

3) эллиптическая– когда конец светового вектора Е описывает эллипс в плоскости, перпендикулярной к лучу.

В общем случае проекционная картина полностью поляризованного света на плоскость, перпендикулярную лучу, имеет вид эллипса с правым или левым направлением вращения вектора Е во времени (соответственно по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу лучу). Линейная и круговая поляризации являются предельными случаями, когда эллипс поляризации вырождается соответственно в прямую линию или в окружность.

Естественные источники света испускают неполяризованный, или естественный, свет. Направление колебаний светового вектора Ев естественном свете быстро и совершенно хаотически меняется с течением времени, хотя все время остается перпендикулярным к лучу.

Это связано с тем, что любой естественный источник света состоит из огромного числа элементарных излучателей – атомов и молекул, акты испускания света каждым из них кратковременны, случайны и хаотичны.

И хотя любой из элементарных излучателей в каждом акте излучения испускает поляризованный свет, в общем излучении источника света ориентация светового вектора Е хаотична.

Свет может быть частично поляризованным – когда он имеет предпочтительное направление колебаний светового вектора Е. Большинство искусственных источников света дают частично поляризованный свет.

Например, вольфрамовая нить электролампы излучает свет, поляризованный на 15-20 %, ртутная лампа – на 5-8 %, люминесцентные лампы излучают сильно поляризованный свет.

Глаз человека не отличает поляризованный свет от неполяризованного.

Поляризация естественного света может происходить при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред, при рассеянии света, при прохождении через анизотропную среду. Анизотропной называется среда, физические свойства которой различны в разных направлениях.

 Естественную анизотропию имеют все прозрачные для света кристаллы с любой кристаллической структурой, кроме кубической.

Для получения поляризованного света используют различные способы: отражение и преломление света на поверхности диэлектрика, прохождение света через поляризатор.

Линейно поляризованный свет можно также получить, пропустив естественный свет через поляроид, который пропускает колебания электрического вектора только одного направления.

Поляроиды представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки, служащие для получения поляризованного света. Наиболее распространенным материалом для приготовления поляроидов является герапатит, представляющий собой соединение йода с хинином.

Этот материал вводят в целлулоидную или желатиновую пленку. В ней кристаллы герапатита каким-либо способом (обычно механически) ориентируются своими осями в одном и том же направлении.

Полученное вещество поглощает световые колебания одного из двух взаимно перпендикулярных направлений. Существуют и другие способы получения поляризованного света (например, используя явление двойного лучепреломления, рассеяния света).

Всякий прибор, служащий для получения поляризованного света, называется поляризатором. Тот же прибор, применяемый для исследования поляризации света, называется анализатором. Таким образом некоторые кристаллы или поляроиды могут служить и поляризаторами и анализаторами.

«,»author»:»ÐÐ²Ñ‚ор: Adreay»,»date_published»:»2020-03-05T07:47:00.000Z»,»lead_image_url»:»https://lh6.googleusercontent.com/proxy/dl4bbeZYxph2J0eEBPUR-28ldzifNm4zNYazQtFvC5NEmPT-o84l4xfqYRYYK0xknDBl7_oYJHIX7nPsenA7w89X1132LcNTfzJuvIhiDuoFc6SRyj823Z033lIK9DX0v4xYoX1Eed_AazMSVw=w1200-h630-p-k-no-nu»,»dek»:null,»next_page_url»:null,»url»:»http://mini-fizik.blogspot.com/2016/06/blog-post_43.html»,»domain»:»mini-fizik.blogspot.com»,»excerpt»:»Ð¡Ð²ÐµÑ‚ представляет собой электромагнитные волны в видимом диапазоне длин волн λ = 0,38 — 0,76 мкм, распространяющиеся от источника света в…»,»word_count»:702,»direction»:»ltr»,»total_pages»:1,»rendered_pages»:1}

Источник: http://mini-fizik.blogspot.com/2016/06/blog-post_43.html

Поляризации света. Методы поляризации

Методы поляризации света

1.Поляризация при отражении и преломлении.

Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред (например, от стекла).

Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис.

4 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения (на рис. 4 они изображены двусторонними стрелками).

Рисунок 4. Частичная поляризация при отражении и преломлении.

Степень поляризации того и другого луча зависит от угла падения луча. У каждой пары прозрачных сред существует такой угол падения, при котором отраженный свет становится полностью плоскополяризованным, а преломленный луч остается частично поляризованным, но степень его поляризации при этом угле максимальна (рис. 5). Этот угол называется углом Бpюстеpа.

Рисунок 5. Плоскополяризованный отраженный луч при угле падения равном углу Брюстера.

Угол Брюстера определяется из условия

,

где n = n1/n2 – показатель преломления второй среды относительно первой.

Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена (многократным преломлением при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера).

Если, например, для стекла (п= 1,53) степень поляриза­ции преломленного луча составляет »15%, то после преломления на 8—10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным.

Такая совокупность пластинок называется стопой. Стопа может служить для анализа поляризованного света как при его отражении, так и при его преломлении.

2.Поляризация при двойном лучепреломлении.

При преломлении светового луча на границе раздела с некоторыми анизотропными средами наблюдается явление двойного лучепреломления — преломленный луч раздваивается. При этом оба луча оказываются полностью поляризованы.

Для многих кристаллов характерна анизотропия, т.е. различие физических свойств, в том числе и оптических, по определенным направлениям в кристалле. Это связано с асимметрией их решеток.

Двойное лучепреломление – раздвоение светового луча при прохождении через некоторые анизотропные среды, обусловленное зависимостью показателя преломления света от его поляризации и направления распространения.

Рисунок 6. Схема двулучепреломления (а) и проявление этого феномена (б).

Явление двойного лучепреломления заключается в том, что узкий световой пучок (АБ на рис. 6,а), падающий на поверхность кристалла, разделяется на два пучка (БД и БЕ на рис.

6,а), проходящие сквозь кристалл по несколько различным направлениям и по интенсивности каждый равный половине интенсивности падающего пучка.

Если сквозь такой кристалл смотреть на предмет, то его контуры будут наблюдаться сдвоенными (рис. 6, б).

Рисунок 7. Распространение вторичных волн от каждой точки анизотропного объекта через который проходит луч света приводящее к двулучепреломлению.

С точки зрения принципа Гюйгенса двойное лучепреломление объясняется тем, что в анизотропном кристалле при падении световой волны в каждой точке его поверхности возбуждаются одновременно две элементарные волны (рис.

7): одна, как обычно, — сферическая, а вторая — эллипсоидальная.

В связи с этим в кристалле образуются две результирующие волны, называемые обыкновенной о и необыкновенной е, имеющие различные фазовые скорости и направления распространения в кристалле (на рис.

4: АВ — фронт падающей плоской волны, MN — оптическая ось, относительно которой ориентирована эллипсоидальная элементарная волна, DC — фронт — обыкновенной и FC-необыкновенной волны в кристалле). Обыкновенный луч подчиняется законам преломления, для необыкновенного луча эти законы не выполняются.

Обе волны полностью поляризованы, причем колебания светового вектора необыкновенной волны происходят в главной плоскости кристалла, а обыкновенной — в плоскости, ей перпендикулярной. Одна из этих волн (чаще необыкновенная) и используется в поляризационных приборах в качестве источника поляризованного света (вторая волна при этом тем или иным способом гасится.

Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и оба луча, обыкновенный и необыкновенный, распространяются с одной скоростью, называют оптическими осями кристалла. Плоскость, проведенная через падающий луч и оптическую ось, проведенную в точке падения, называется главной плоскостью кристалла.

Поскольку при двойном лучепреломлении задача получения полностью поляризованного света решается автоматически, остается лишь из двух лучей выделить один. Для этого можно использовать призму Николя.

Призма Николя.

В прецизионных приборах для этой цели используется так называемая призма Николя, изготовляемая из кристалла кальцита («исландский шпат»).

Призма Николя представляет собой две одинаковые треугольные призмы из исландского шпата, склеенные тонким слоем канадского бальзама. Призмы вытачиваются так, чтобы торец был скошен под углом 68° относительно направления проходящего света, а склеиваемые стороны составляли прямой угол с торцами. При этом оптическая ось кристалла находится под углом 64° с направлением света.

Рисунок 8. Устройство призмы Николя.

Свет с произвольной поляризацией, проходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, расщепляясь на два луча — обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость поляризации и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации. После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение от плоскости склеивания и выходит через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.

На ином принципе основаны поляризаторы, изготовляемые из турмалина, герапатита. Эти двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т.е. различного поглощения света в зависимости от направления плоскости его колебаний. В этих кристаллах обыкновенные лучи почти полностью поглощаются и свет, прошедший через кристалл, является полностью поляризованным.

На этом явлении основано устройство поляризационных фильтров, или поляроидов.

Последние представляют собой прозрачную пленку, которая содержит кристаллы поляризующего свет дихроичного вещества, например герапатита (сернокислый йодхинин).

В процессе изготовления пленки кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с колебаниями в одной определенной плоскости.

Источник: https://cyberpedia.su/9x3775.html

Booksm
Добавить комментарий