Способ получения линейного поляризованного света

Что такое поляризация света, кто придумал и как получить поляризованный свет

В современном мире любое применение должно обосновываться экономической эффективностью, удобством, простотой. Поляризация света все чаще встречается в жизни человека. На ее основе работает большинство приборов и устройств.

Что такое поляризация света

Термин поляризации дает оценку поперечных волн. Представляет состояние вектора колеблющейся величины в плоскости, поперечной направленности распространения волны.

Если тенденции колебаний светового вектора упорядочены, то освещение именуется поляризованным.

Колебания одинаковой частоты электромагнитных излучений могут иметь поляризирование:

• Линейную. Она перпендикулярно направлена распространению волны.
• Круговую. В связи с тенденцией верчения вектора индукции, поляризация правая либо левая.
• Эллиптическую. Возникает в промежутке с круговой и линейной поляризациями.

Кто открыл явление и что оно доказывает

В первый раз эксперименты согласно поляризации света поставлены в 1690 г Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча.

Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.

В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность прошедшего луча, изменяется от альфа угла между осями по закону Малюса и выражается:

Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.

Откуда берется

Световой поток, который попадает в наше окружение, в основном неполяризован. Излучение от солнца, лампочек – свет, где вектор колеблется в разных направлениях. Если работа за компьютером и монитор жидкокристаллический, то в нем поляризованный источник.

Чтобы видеть поляризованный свет, надо естественный поток пропустить через анизотропную сферу. Она и есть поляризатор, который отрезает ненужные направления колебаний, сохраняя одно.

В числе поляризаторов применяются кристаллы. Одним из природных, часто применяемых – турмалин.

Еще методом извлечения поляризованного потока излучения является отражение с диэлектрика. Если луч опускается в рубеж области 2-ух сфер, поток делится на отображенный и надломленный. Лучи получаются отчасти поляризованными, при этом степень поляризации находится в зависимости от угла падения.

Как получить

Таким образом получить поляризование светового потока можно тремя способами:

1. Отражением от диэлектриков. Где степень зависит от угла падения и степени преломления.
2. Пропустить поток сияния через анизотропную среду. Луч, направленный на толстый кристалл, получит параллельное разъединение на выходе.
3. Поляризатор (призма Николя).

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Закон Малюса”.

Практическое применение явления поляризации света

Поляризование света интересно не только с научной точки зрения. Она нашла широкое применение на практике. Примеры применения:

• 3Д кинематография;
• очки от солнца с поляризацией – защищают глаза от отблесков солнца от воды и света фар встречных авто;
• фототехника – фильтры поляризационные;
• поляроиды применяются в геофизике при изучении свойств облака, при фотографировании затуманенных мест;
• поляриметры применимы в медицине при определении концентрации сахара в крови, при этом используется угол поворота плоскости поляризации.

В заключение

Поляризация света — природное явление не очень сложное для понимания человеком. Поэтому она находит широкое применение в человеческой деятельности.

Интересные факты? Оставьте комментарий, поделитесь статьей с друзьями в соцсетях.

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

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