Какие существуют способы получения поляризованного света

Получение поляризованного света

Описание

Существует несколько способов непосредственного получения поляризованного света. Эти способы основаны на использовании поляризованной флюоресценции, скользящего выхода лучей и пр. Когерентный поляризованный свет излучается лазерами. На практике такие методы применяются мало. Обычно для получения поляризованного света естественное излучение какого-либо источника пропускают через поляризатор.

Действие поляризатора состоит в том, что он разделяет первоначальный пучок на две компоненты со взаимно перпендикулярными направлениями поляризации, пропускает одну компоненту и поглощает или отклоняет другую. Таким образом, теоретически пропускание поляризатора может составлять 50%. Практически пропускаемая компонента также частично поглощается материалом поляризатора, в результате чего пропускание несколько снижается. Осуществление процесса поляризации возможно за счет разных физических явлений: дихроизма, двойного лучепреломления отражения, рассеяния. Наиболее распространены дихроичные поляризаторы, но используются и двоякопреломляющие. Поляризаторы, основанные на отражении и рассеянии, применяют в исключительных случаях.

Дихроичные поляризаторы — это анизотропно поглощающие тела. Пластинка, вырезанная из такого тела, разделяет падающий луч на две поляризованные компоненты и поглощает их в различной степени.

Дихроичный поляризатор может представлять собой монокристалл, например, монокристалл турмалина. Однако поляризатор из монокристалла имеет недостатки: малая апертура, узкая спектральная область пропускания, высокая стоимость.

Принцип работы двоякопреломляющих поляризаторов основан на разделении первоначального пучка на две компоненты, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях. Одна из них устраняется с помощью специального устройства.

Типичный двоякопреломляющий поляризатор состоит из двух склеенных вместе призм из исландского шпата. Такая комбинация разделяет падающий пучок на две компоненты. Одна из них проходит полностью, другая отражается в сторону зачерненной поверхности призмы, поглощающей падающий на нее свет. Наиболее известна призма, изобретенная еще в прошлом веке Николем. Она все еще применяется в отдельных случаях. Недостатками двоякопреломляющих поляризаторов являются малая линейная и угловая апертура, большая толщина и масса, неудобная прямоугольная форма сечения. К тому же они довольно дороги. Поэтому обычно их захме-няют поляроидами. Однако в некоторых случаях, например для ультрафиолетового излучения, двоякопре-ломляющие поляризаторы продолжают оставаться незаменимыми.
Важнейшим этапом в развитии методов применения поляризованного света явилось изобретение в 1928 г. поляроидов, сначала микрокристаллических, а затем молекулярных. В поляроидах монокристалл заменен большим количеством маленьких упорядоченных дихро-ичных частиц — длинных тонких микрокристаллов. Длинные оси отдельных монокристаллов ориентированы параллельно, так что совпадают с наибольшей главной осью поглощения.

Поляроид представляет собой тонкую поляризующую свет пленку, вклеенную между пластинками из стекла или прозрачной бесцветной пластмассы. Пленка, обладающая очень сильным дихроизмом в видимой области спектра, разлагает падающий на нее световой луч на два луча: обыкновенный и необыкновенный, из которых один почти полностью поглощается, а другой проходит почти неослабленным.

Наиболее широкое распространение получили герапатитовые и поливиниловые поляроиды. Герапатитовые поляроиды изготавливают из полийодида сульфата хинина, чаще всего в виде суспензии ультрамикроскопических иглообразных кристалликов в нитро- или ацетилцеллюлозной пленке. При этом все кристаллики ориентированы параллельно друг другу.

Поливиниловые поляроиды изготавливают из содержащей йод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Одиночные поливиниловые поляроиды пропускают около 30% и рассеивают примерно ОД % падающего света, герапетитовые пропускают примерно 28% и рассеивают 3,5% света. Апертурный угол поляризации составляет около 90° для поливиниловых и около 60° для герапатитовых поляроидов. Цвет отдельного поляроида серый или серо-зеленый. Два поляроида со скрещенными плоскостями поляризации почти полностью гасят проходящий свет. В настоящее время поляроиды в большей части приборов вытесняют монокристаллические поляризаторы.

Источник

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.

Источник

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?

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».

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.

Источник