![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТАЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с поляризационной установкой и её применение для экспериментальной проверки закона Малюса. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ Свет - это электромагнитные волны в интервале частот (от 0,75×1015 до 0,4×1015 Гц), воспринимаемых глазом человека. Соответственно, длина волны света меняется в пределах от 0,4 до В плоской электромагнитной волне направления напряженностей электрического поля Интенсивностью света I называется усредненная по времени плотность потока энергии световой волны. Можно показать [2], что интенсивность света I прямо пропорциональна квадрату
I ~ А2 . (1) На рис. 1 показаны проекции траекторий движения конца вектора В естественном свете направление колебаний вектора При прохождении через оптически анизотропную среду естественный свет преобразуется в поляризованный свет. В общем случае полностью поляризованного света проекция траектории конца вектора Устройство, преобразующее состояние поляризации проходящего через него или отражающегося от него оптического излучения, называется поляризатором. В частности, поляризатор, преобразующий оптическое излучение в плоскополяризованное, называется линейным поляризатором. Такой поляризатор называют идеальным или совершенным. Если же из поляризатора выходит частично поляризованный свет (рис.1д), то поляризатор называют несовершенным. В частично поляризованном луче света с учетом формулы (1) интенсивность света I различна в разных плоскостях, проведенных через направление луча, и меняется от максимального значения Imax до минимального Imin. Характеристикой частично поляризованного света является степень поляризации Р, определяемая формулой:
В некоторых анизотропных кристаллах можно указать такое направление, называемое оптической осью, что диэлектрическая проницаемость e оказывается различной для колебаний вектора
где с - скорость света в вакууме; Так как eII Некоторые кристаллы интенсивно поглощают один из лучей (дихроизм). Например, в кристалле турмалина обыкновенный луч практически полностью поглощается при толщине пластинки 1 мм. Еще более интенсивно поглощает один из лучей герапатит (периодат бисульфата хинина). Для защиты от механических повреждений и действия влаги тонкую поляризационную плёнку заклеивают между прозрачными пластинками или плёнками. Такая система, называемая поляроидом, может служить линейным поляризатором. В однолучевых поляризационных призмах через призму проходит один из плоскополяризованных лучей, а второй луч выводится в сторону или поглощается. Поляризация света при отражении определяется законом Брюстера: tgq = n . Если на границу раздела двух сред с относительным показателем преломления n второй среды относительно первой падает естественный свет под углом падения q, удовлетворяющим закону Брюстера, то отраженный луч плоскополяризован. Вектор Итак, в качестве линейного поляризатора можно использовать: Естественный свет при прохождении через поляризатор преобразуется в плоскополяризованный свет. Плоскостью пропускания линейного поляризатора называется плоскость, параллельная плоскости поляризации оптического излучения, вышедшего из линейного поляризатора. Анализатором называется линейный поляризатор, применяемый для анализа поляризованного оптического излучения. Если плоскости пропускания поляризатора и анализатора параллельны, а неполяризационными потерями в анализаторе можно пренебречь, то свет, падающий на анализатор, проходит через него. В общем случае плоскости пропускания анализатора и поляризатора образуют угол j. Амплитуду АП линейно поляризованного света, выходящего из поляризатора и падающего на анализатор, нужно разложить на составляющие АП II и АП^ (параллельную и перпендикулярную плоскости пропускания анализатора).
Свет с амплитудой АП II = АП cosj проходит анализатор, а колебания с амплитудой АП^ задерживаются идеальным анализатором. Так как интенсивность света прямо пропорциональна квадрату амплитуды, то зависимость интенсивности света, прошедшего через анализатор, от угла j между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора определяется законом Малюса :
где I0 - максимальная интенсивность при j = 0 . Формула (3) справедлива, если поляризатор и анализатор являются идеальными, т.е. полностью задерживают колебания, перпендикулярные их плоскости пропускания. Поляризатор, задерживающий перпендикулярные колебания только частично, является несовершенным. Если на такой поляризатор падает естественный свет, имеющий две взаимно перпендикулярные некогерентные составляющие с интенсивностями I0 , то свет, выходящий из поляризатора, оказывается частично поляризованным (рис.1д), а его интенсивность максимальна для колебаний, параллельных плоскости пропускания, I1П = a1I0 и минимальна I2П = a2I0 для перпендикулярных колебаний. Степень поляризации света, выходящего из несовершенного поляризатора, равна :
Если естественный свет падает на 2 несовершенных поляризатора (поляризатор и анализатор), то полная интенсивность света, проходящего через такую систему, равна сумме двух некогерентных составляющих и зависит от угла j между плоскостями пропускания поляризаторов. При параллельных плоскостях пропускания полная интенсивность максимальна, а при перпендикулярных - минимальна: Imax = (a12 + a22) I0 ; Imin = (a1a2 + a2a1) I0 = 2a1a2I0 . (5) Степень поляризации Р2 света, проходящего через два поляризатора, плоскости пропускания которых параллельны, равна :
Исключая постоянные a1 и a2 из формул (4), (5), (6), найдем степень поляризации света после прохождения одного Р1 или двух Р2 несовершенных поляризаторов:
где Imax, Imin, соответственно, максимальная и минимальная интенсивности света, проходящего через систему из двух несовершенных поляризаторов. Некогерентные составляющие I1П и I2П с амплитудами А1П А2П, выходящие из поляризатора, проходят анализатор, не интерферируя друг с другом. Разложим амплитуды А1П и А2П на - параллельную и перпендикулярную составляющие плоскости пропускания анализатора (ОА1 ОА2 на рис.3):
А2П II = А2П sinj; А2П^ = А2П cosj. Интенсивность проходящего света для колебаний, параллельных плоскости пропускания анализатора, равна I1А = a1(I1П cos2j + I2П sin2j) , а для колебаний, перпендикулярных этой плоскости, I2А = a2(I1П sin 2j + I2П cos 2j) .
|