Способ получения линейно поляризованного света

Линейная поляризация света

Вы будете перенаправлены на Автор24

Линейно-поляризованный свет — это свет с определенной плоскостью колебания, которая ограничена строго в одном направлении, и распространяется только в одной плоскости.

Рисунок 1. Линейная поляризация. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Существует две теории, устанавливающие взаимодействие между линейной и циркулярной поляризацией света:

1. Гипотеза Куна вводит правый и левый циркулярно-поляризованный свет, который сформировался на базе линейно-поляризованного.
2. Концепция Френеля изучает линейно-поляризованный свет как центральную суперпозицию циркулярно-поляризованного светового луча, имеющих похожие фазы кругового преломления.

Эти два предположения дополняют друг друга. Применение линейно-поляризованного света имеет один весомый недостаток: незначительный поворот фильтра в итоге приводит к возникновению ощутимого ослепления. Такой эффект можно наблюдать при некачественном креплении или неправильной установке фара, а также при движении автомобиля в гористой местности и при наклоне мотоциклов в момент прохождения ими крутых поворотов.

В линейной поляризации абсолютно все световые оси поля совершают систематические колебания только в одном направлении. Поляризованный свет возможно получить из естественного посредством использования поляризатора в виде фильтр из вещества, обладающего дихроизмом.

Способы получения линейной поляризации

Получить из неполяризованного света линейно-поляризованный можно сразу несколькими способами. Наиболее часто эксперты применяют полимерные плотные плёнки с длинными молекулами, которые ориентируются в одном направлении, пластинки и призмы, оснащенные двойным лучепреломлением, или оптической анизотропией.

Готовые работы на аналогичную тему

Оптическая анизотропия зачастую наблюдается у многих кристаллов — исландского шпата, турмалина и кварца. Сам эффект двойного лучепреломления состоит в том, что световой луч, падающий на определенный кристалл, разделяется в нем на два. При этом параметр преломления элемента для одного из этих векторов постоянен при любом угле падения входного вещества, а для другого напрямую зависит от угла падения. Это обстоятельство настолько поразило ученых, что первый луч назвали простым (обыкновенным), а второй — сложным (необыкновенным). И весьма существенно, что эти пучки света линейно-поляризованы в перпендикулярных средах.

В таких кристаллах может быть только одно направление, по которому двойного преломления в результате не происходит. Это явление называется оптической осью кристалла, а сам элемент — одноосным.

Оптическая ось — это точное направление, определяющее характеристики всех идущих вдоль него линий.

На сегодняшний день известны также двухосные кристаллы — гипс, слюда и другие. В них также иногда происходит двойное преломление, но оба световых луча оказываются необыкновенными. В двухосных веществах наблюдаются более сложные процессы, которых новичкам просто не понять.

В определенных одноосных кристаллах исследователи обнаружили ещё одно удивительное явление: обыкновенный и необыкновенный световые лучи испытывают в разное время существенно различное поглощение. Такой эффект было решено назвать дихроизмом. В каждом поляризаторе входящий свет распределяется на два пространственно-разделенных и линейно-поляризованных, которые находятся во взаимно-перпендикулярных плоскостях пучка света.

Весьма распространённый метод получения линейной поляризации и ее дальнейшего преобразования — использование на практике фазовых пластинок из двоякопреломляющего вещества c точным параметром преломления.

Значимость линейной поляризации

Используя принципы линейной поляризации намного проще выпустить качественный конвертер. Именно поэтому большинство приборов $Ku$-диапазона выпускаются исключительно для линейных поляризаций. Значимость данного фактора увеличивается многократно при необходимости предоставить качественный сигнал территории, расположенных вблизи магнитных полюсов нашей планеты.

Вещатели выбирают сами, какую именно поверхность они хотят покрыть сигналом. Если на искомой территории наблюдается высока вероятность атмосферных осадков или же она находится в высоких широтах, они, вероятнее всего, остановятся на $C$-диапазон. Антенны линейной поляризации широко распространены благодаря простоте и надежности конструкции, что в самом примитивной форме дает обычной кусок провода. Эти антенны имеют небольшой размер, низкую стоимость, их легко собирать и ремонтировать.

В целом, линейная поляризация идеально подходит для больших расстояний, так как вся энергия сосредотачивается в одной плоскости. Это преимущество не всегда возникает из-за многолучевого распределения сигнала в виде многократных переотражений светового луча.

Линейную поляризацию часто используют:

• при полетах на достаточно большие расстояния в прямой видимости, без серьезных препятствий;
• прямолинейные полеты, без роллов;
• когда размер, вес и прочность антенны стоят на первом месте.

Любой диапазон линейной поляризации менее чувствителен к осадкам, в отличие от других установок. В средних широтах и при стремлении максимально уменьшить размер антенны очевидным выбором становится именно данный вид поляризации света. В этом случае эффект Фарадея уже не играет существенной роли, следовательно, линейной преломлении позволит обеспечить потребителей максимально качественными конвертерами.

Рисунок 2. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Недостаток линейной поляризации

Одним из известных и наиболее распространенным недостатком линейной поляризации ученые называют необходимость точной подстройки угла крепления любого конвертера в зависимости от географического местоположения.

В случае, например, с круговой поляризацией никаких четких параметров не требуется – нужно просто установить устройство в фокус антенны и все.

Менее известна, но гораздо более весома чувствительность сигналов с линейной поляризацией к ротации Фарадея, которая вызывается магнитным полем планеты. Такое явление электромагнитных векторов никак затрагивает сигналы с линейной поляризацией. Этот эффект значительно уменьшается с увеличением частоты, но в отличие от других диапазонов, в данном преломлении изменения сильно заметны. Именно поэтому применение линейной поляризации в данном случае можно назвать рискованным.

Источник

Методы получения линейно-поляризованного света

Для получения линейно-поляризованного света применяют специальные оптические приспособления – поляризаторы. Направление колебаний электрического вектора в волне, прошедшей через поляризатор, называется разрешенным направлением поляризатора (или главным направлением). Всякий поляризатор может быть использован для исследования поляризованного света, т. е. в качестве анализатора. Интенсивность линейно-поляризованного света после прохождения через анализатор зависит от угла , образованного плоскостью колебаний вектора с разрешенным (главным) направлением анализатора.

(3.1)

Соотношение (3.1) носит название закона Малюса.

Способы получения плоскополяризованного света

Способ 1. Отражение света от диэлектрической пластинки.

Отраженный от изотропного диэлектрика свет всегда частично поляризован. Степень поляризации отраженного луча зависит от относительного показателя преломления диэлектрика n и от угла падения . Полная поляризация отраженного света достигается при падении света на диэлектрик под углом Брюстера , который определяется соотношением:

(3.2)

Плоскость колебаний электрического вектора в отраженном свете перпендикулярна плоскости падения.

Способ 2. Преломление света в стеклянной пластинке.

Поскольку отраженный от диэлектрической пластинки свет оказывается частично (или даже полностью) поляризованным, преломленный свет также частично поляризуется. Преимущественное направление колебаний электрического вектора в прошедшем свете совпадает с плоскостью преломления луча. Максимальная 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).

Способ 3. Преломление света в двоякопреломляющих кристаллах.

Некоторые кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления. Преломляясь в таком кристалле, световой луч разделяется на два луча с взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний. Отклоняя один из лучей в сторону, можно получить плоскополяризованный свет – так устроена, например, поляризационная призма Николя.

Способ 4. Поглощение света, в дихроических пластинках.

У некоторых двоякопреломляющих 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 дихроические 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.

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