Поляризация

Поляризация света

Поляризация
?

Category: Перевод сайтаЭлектромагнитные волны – это изменяющиеся во времени и пространстве электрические и магнитные поля. Они распространяются со скоростью света. В любой точке светового луча магнитное поле перпендикулярно электрическому. Поэтому, для большей ясности, в анимациях показано только электрическое поле.

И электрическое, и магнитное поле колеблется в плоскости, перпендикулярной направлению распространения светового луча (а он таки распространяется?).В анимациях показан вектор, длина которого обозначает напряженность электрического поля в данной точке. Это не волна света! Свет в боковом направлении не распространяется.

Плоско-поляризованные волны (1)

Если вектор электрического поля (в данной точке пространства) колеблется вдоль вертикальной линии, волны называются плоско-поляризованными или линейно-поляризованными.

трехмерное представление …………………… фронтальная проекция

Плоско-поляризованные волны (2)

А это волны, поляризованные горизонтально.

Сложение плоско-поляризованных волн 1

Когда две плоско-поляризованные в перпендикулярной плоскости волны накладываются друг на друга, их векторы можно складывать по правилу параллелограмма. Свойства результирующей электромагнитной волны будут зависеть от разницы интенсивности и фаз первоначальных волн.

На анимации показано сложение двух одинаковых по амплитуде и длине волн, поляризованных в двух противоположных направлениях, совпадающих по фазе. Совпадение по фазе означает, что две волны одновременно увеличиваются и одновременно уменьшаются. Одна волна обозначена красным цветом, другая – зеленым.

Результирующая волна обозначена голубым цветом.

Сложение плоско-поляризованных волн 2

Когда две волны, плоско-поляризованных в двух перпендикулярных плоскостях, не совпадают по фазе, итоговая волна уже не будет плоско-поляризованной.

На анимации показано сложение двух одинаковых по амплитуде волн с одной длиной волны, поляризованных в двух перпендикулярных плоскостях, движущихся с разностью фаз в 90 градусов.

Такая разность фаз означает, что когда одна волна достигает максимальной величины, вторая проходит нулевую отметку.

Как видно, результатом сложения будет особая электромагнитная волна, вектор которой будет вращаться по кругу, а его длина будет оставаться постоянной. Это волна, поляризованная по кругу. Как видно из 3D-анимации, свет круговой поляризации можно представить в виде спирали, и описывается он уравнением круга, а не синусоидой.Вектор электрического поля здесь вращается против часовой стрелки, если смотреть в направлении распространения света.

Сложение плоско-поляризованных волн 3

На следующей анимации показано, что происходит, когда разность фаз между двумя волнами составляет -90 градусов (вместо +90). Одна волна сдвигается относительно другой на 3/4 длины волны.

Как видно, снова получается волна, поляризованная по кругу, но вектор электрического поля такого света вращается против часовой стрелки, если смотреть в сторону распространения света. Получается правое вращение вместо левого.

Таким образом различают правовращающую круговую поляризацию и левовращающую.

Круговая поляризация

Здесь вышеприведенные анимации света с круговой поляризацией сопоставляются, чтобы было легче их сравнивать.Фронтальные проекции дают следующую картину:

Сложение волн с круговой поляризацией

Выше мы видели, что плоско-поляризованные волны могут складываться. Волны с круговой поляризацией также могут складываться. В этом случае векторы полей складываются по правилам сложения векторов, так же, как в случае плоско-поляризованных волн.

Сложение волн с круговой поляризацией может давать разные результаты. Интереснее всего сложение волн с правой и левой круговой поляризацией. Предположим, что лучи света совпадают по амплитуде и длине волны.

На анимации видно, что за результирующая волна получится:
Как видим, получается плоско-поляризованная волна.

Таким образом, мы можем сделать важный вывод: Любая линейно-поляризованная волна может получиться при сложении одинаковых по амплитуде волн с левой и правой круговой поляризацией.

Взаимодействие света и материи

Свет, проникая в материю, может менять свои свойства. Его интенсивность (амплитуда), поляризация, скорость могут меняться.

Два основных феномена, наблюдающихся при взаимодействии света и материи – это поглощение (экстинция) и снижение скорости.

Поглощение – это уменьшение интенсивности (амплитуды колебаний) света из-за того, что материя поглощает часть света (интенсивность – это квадрат амплитуды).

Снижение скорости света в материи происходит из-за того, что всем материалам (даже не поглощающим свет) свойственен показатель преломления, означающий, что скорость света в этом материале меньше, чем в вакууме. Показатель преломления равен отношению скорости света в вакууме и в этом материале.

Плоско-поляризованный свет в поглощающей среде

На анимациях показано, что происходит, когда плоско-поляризованный свет проходит через среду, поглощающую свет, но не отражающую его (показатель преломление равен 1). Показан кусочек материала и фронтальные срезы до него и после него.На следующей анимации – вид спереди.

Слева – начальный вектор, справа – после прохождения через материал.Как видно, когда свет проходит через среду, его интенсивность снижается по экспоненте. После прохождения через среду вектор колеблется в том же направлении, но его амплитуда составляет примерно 36% от первоначальной.

Свет, поляризованный по кругу, при прохождении через поглощающую среду

На анимации показано, что происходит со светом круговой поляризации, когда он проходит через поглощающую среду (с показателем преломления 1). На следующей анимации – вид спереди. Слева – начальный вектор, справа – после прохождения через материал.

Как видно, когда свет проходит через среду, его интенсивность снижается по экспоненте. После прохождения вектор вращается в том же направлении, но его длина составляет примерно 36% от первоначальной.

Плоско-поляризованные волны в преломляющей среде

На анимации показано, что происходит с плоско-поляризованным светом, когда он проходит через среду с показателем преломления больше 1,0. Мы измеряем вектор поля световой волны до вхождения в материал и после выхода из него.На следующей анимации показаны фронтальные проекции. Слева – вектор до попадания светового луча в материал, справа – после прохождения материала.

Луч света, попадая в материал с показателем преломления больше 1,0, замедляется. Его частота не меняется, поэтому меняется длина волны (поскольку произведение длины волны на частоту равно скорости волны). При создании этих анимаций мы использовали показатель преломления n=2,2.

Это означает, что скорость света в данной среде в 1/2,2 раза ниже скорости света в вакууме, а длина волны в 1/2,2 раза меньше начальной. Когда свет выходит из материала, его скорость и длина волны возвращаются к начальным значениям (в вакууме). Так как материал не поглощает свет, интенсивность света не уменьшается.Расстояние между плоскостями точно равно 8 длинам волн в вакууме.

Следовательно, если материала между этими плоскостями не было бы, фаза волны бы не изменялась, волны совпадали бы по фазе. Но при размещении материала между этими плоскостями свет в нем замедляется и проходит уже не 4, а 8,8 полных периодов. Так что всего получается 12,8 периодов (2 от плоскости до материала и 2 после материала до плоскости).

Поскольку число периодов не целое, проекции векторов на плоскостях не совпадают по фазе.

Волны с круговой поляризацией в преломляющей среде

На анимации показано, что происходит с поляризованным по кругу светом, когда он проходит через среду с показателем преломления больше 1,0. Мы измеряем вектор поля световой волны до вхождения в материал и после выхода из него.На следующей анимации показаны фронтальные проекции.

Слева – вектор до попадания светового луча в материал, справа – после прохождения материала.Происходит почти то же самое, что и с плоско-поляризованным светом: длина волны в среде меньше, чем в вакууме, потому что свет в среде замедляется.

Интенсивность света не меняется: на выходе из материала она такая же, как на входе, потому что материал не поглощает.Однако фаза волны меняется примерно на 72 градуса.

Нетрудно представить, что произойдет при прохождении света через поглощающую И преломляющую среду: длина вектора уменьшится, фаза изменится.

Плоско-поляризованные волны в среде с круговым дихроизмом

Некоторые материалы обладают особыми свойствами: они поглощают свет, поляризованный по левому кругу, не так, как свет, поляризованный по правому кругу. Такое явления называется круговым дихроизмом.Как мы уже показывали выше, линейно поляризованный свет можно получить наложением света, поляризованного по левому и правому кругу. Если такой свет пройдет через среду с круговым дихроизмом, его свойства изменятся, потому что среда будет поглощать один компонент (левый или правый), не так, как другой.На анимации показано, что случается, когда плоско-поляризованный свет (с вертикальной плоскостью поляризации, показан голубым цветом) проходит через среду, которая не поглощает компоненту света, поляризованную по левому кругу (красная круговая волна), но сильно поглощает поляризованную по правому кругу (зеленая круговая волна).На фронтальных проекциях мы увидим такую картину (слева – до вхождения луча в материал, справа – после прохождения материала):
Что мы видим? Красный компонент почти не изменился, а зеленый ослабел: его интенсивность уменьшилась до 36% от первоначальной. Сложение этих двух компонент теперь дает не линейный вектор, а вектор, вращающийся по эллипсоиде. Такой свет называется эллиптически поляризованным светом.Вы видите, что большая ось эллипса параллельна начальной плоскости поляризации. Так происходит всегда, независимо от того, какая компонента света поглощается больше. А вот направление вращения вектора в эллипсе определяется той компонентой света, которая преобладает после прохождения через материал. В нашем случае – это красная компонента, более интенсивная после прохождения через материал.Конечно, материалов, вовсе не поглощающих одну из компонент, не бывает. В реальности материал поглощает обе компоненты, но в разной степени. Здесь мы просто для наглядности приняли такое условие.Насколько эллиптической становится поляризация, зависит от разницы поглощения компонент. В крайних случаях материал почти полностью поглощает одну компоненту и плоско-поляризованный свет становится почти полностью поляризованным по кругу.

Помните: круговой дихроизм превращает плоско-поляризованный свет в эллиптически-поляризованный.

Плоско-поляризованные волны в среде с круговым двулучепреломлением

Существуют материалы с особым свойством: показатель преломления у них для лево-и право-поляризованного по кругу света различается. Это явления называют круговым двулучепреломлением.Выше мы показали, что линейно-поляризованный свет возникает при сложении света с круговой поляризацией по левому и правому кругу. Когда такой свет проходит через среду с круговым двулучепреломлением, его свойства меняются, поскольку одна из круговых компонент замедляется в материале больше, чем другая.На анимации показано, что получается, когда плоско-поляризованная (вертикально) волна света (голубая) проходит через материал, который не замедляет красную компоненту, но сильно тормозит зеленую компоненту (для зеленой показатель преломления n=1,05).На следующей анимации показаны векторы электрической составляющей света до (слева) и после (справа) прохождения через материал.Как видно, прошедшая через материал волна по прежнему плоско-поляризованная, но ее плоскость поляризации отклонилась от вертикали – повернулась – примерно на 36 градусов.Какова же причина? Красная компонента света проходит через материал, почти не меняясь, а зеленая замедляется с уменьшением длины волны в среде. На изображении это трудно увидеть, поскольку показатель преломления всего 1,05. Но в результате зеленая волна проходит в материале 4,2 периода вместо 4, поэтому вектор ее отклоняется на 72 градуса в сторону вращения.Что получается с суммарным вектором? До попадания в среду векторы обеих компонент совпадали – двигались по вертикали. После прохождения через среду ситуация изменилась. Красная компонента осталась вертикальной, а зеленая сместилась на 72 градуса. Суммарный вектор отклонился от вертикали на 36 градусов. Таким образом, сложение двух поляризованных по кругу компонент волны повернуло исходную ось на 36 градусов.Конечно, в реальности материалы не имеют показателя преломления 1,0 для одной из компонент света, показатель преломления почти всегда больше 1,0 для обеих компонент. Мы упростили картину для большей наглядности.Угол поворота плоскости поляризации зависит от разности показателей преломления для двух круговых компонент света (и длины пути по материалу). Если разность достаточно велика, а кусочек материала достаточно толстый, плоскость поляризации может совершить несколько оборотов по кругу.

Помните: двулучепреломляющий материал вращает плоскополяризованный свет.

Материалы, которые вращают плоскость поляризации проходящего через них света (явление оптического вращения), называются оптически активными. Причиной оптической активности может быть двулучепреломление или круговой дихроизм.

Плоско-поляризованные волны в среде с круговым дихроизмом и двулучепреломлением

В реальности очень мало материалов, которые обладали бы круговым дихроизмом, но были лишены способности кругового двулучепреломления, или наоборот. Обычно эти свойства сочетаются.На анимации показано, что происходит, когда плоско-поляризованная волна (голубая) проходит через среду с круговым дихроизмом и круговым двулучепреломлением.

Красная компонента света не меняется, а зеленая поглощается и преломляется.Как ожидалось, падающий свет меняется двояким образом: из-за кругового дихроизма он приобретает эллиптичность, из-за кругового двулучепреломления плоскость поляризации вращается. Так что падающий свет перестает быть плоско-поляризованным, становится эллиптическим, и большая ось эллипса отклоняется от вертикали.

Эллиптичность зависит от разности поглощения левой и правой компонент круговой поляризации. Угол наклона большой оси эллипса зависит от разности показателей преломления левой и правой компонент.Можно измерить эти показатели с помощью специальных приборов и рассчитать нужные величины.Круговой дихроизм и круговое двулучпреломление зависят от асимметрии молекул вещества.

Оптическая активность растворов биологических макромолекул позволяет судить об их структуре. Свет

Источник: //marta-inj.livejournal.com/82212.html

3. Поляризация света. Оптика. Физика. Курс лекций

Поляризация

3.1. Поляризованный и естественный свет

3.2. Закон Малюса

3.3. Поляризация при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера

3.4. Двойное лучепреломления

3.5. Искусственная оптическая анизотропия

3.6. Вращение плоскости поляризации

3.1. Поляризованный и естественный свет

Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной. Вектор напряжённости электрического поля (электрический или световой вектор) и вектор напряжённости магнитного поля (магнитный вектор) в световой волне колеблется в направлении перпендикулярном скорости распространения волны.

Линейно поляризованной волной называется волна, вектор которой не изменяют направление колебаний в пространстве.

Уравнение плоской монохроматической линейно-поляризованной волны, распространяющейся в направлении оси ОХ:

,

где ω – циклическая частота, – волновое число, υ – скорость распространения волны.

В каждой точке электромагнитного поля электрический вектор совершает гармонические колебания в плоскости XOY, которая называется плоскостью колебания.

Магнитный вектор колеблется в плоскости XOZ – в плоскости поляризации.

Световая волна со всевозможными одинаково вероятными направлениями колебаний электрического и магнитного векторов называется естественным светом.

В естественном свете плоскости поляризации меняют ориентацию в пространстве с течением времени.

Естественный свет можно представить в виде суперпозиции двух волн, которые поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Запишем уравнение естественного света только для электрического вектора волны:

;

,

где Ey, Ez – проекции электрического вектора на оси координат, α – сдвиг по фазе между колебаниями по Y и Z. Для естественного света Eoy=Eoz.

Частично поляризованным называется свет, если в нём есть преимущественное направление колебаний вектора

(Eoy>>Eoz) или (Eoz>>Eoy).

Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного.

Поляризацией света называется выделение линейно поляризованного света естественного или частично поляризованного. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами.

Для определения характера и степени поляризации используют устройства, называемые анализаторами.

Поляризатор можно использовать в качестве анализатора.

Анализатор или поляризатор условно изображают в виде решётки, “прутья” которой параллельны направлению колебаний вектора в проходящем сквозь неё свете.

Если на такую решётку-анализатор падает естественный свет, то интенсивность проходящей волны не изменяется при вращении анализатора вокруг направления падающего луча вследствие того, что в естественном свете ни одно из направлений плоскости поляризации (плоскости колебаний) не является преобладающим.

,

где I0 – интенсивность падающего естественного света,

k – коэффициент прозрачности анализатора,

IА – интенсивность проходящего света.

На выходе из анализатора-поляризатора имеем линейно поляризованную волну.

Если падающий свет частично поляризован, то IA при вращении анализатора изменяется в зависимости от ориентации его главной плоскости (т.е. направления прутьев) по отношению к преимущественному направлению колебаний вектора в падающем свете.

3.2. Закон Малюса

Пусть на анализатор падает линейно поляризованный свет интенсивностью I0. Оптическая ось анализатора О-О` (направление прутьев).

Определим интенсивность прошедшей волны в точке А, если анализатор повернуть на угол α вокруг направления распространения луча. Через анализатор пройдёт электрический вектор, величина . Т.к. интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, то – это и есть закон Малюса.

3.3. Поляризация при отражении от диэлектриков. Закон Брюстера

Направим на границу раздела двух диэлектриков (воздух, стекло) тонкий луч естественного света.

Часть световой волны отражается, а часть преломляется, распространяясь во второй среде. На рисунке: φ – угол падения луча, β – угол преломления, n2 – показатель преломления стекла, n1 – показатель преломления воздуха, n1=1.

Если на пути отражённого и преломлённого луча поставить анализатор, то можно исследовать поляризацию при отражении и преломлении.

Оказалось, что в общем случае отражённый и преломлённый лучи поляризованы частично. При некотором строго определённом для данной пары сред (диэлектриков) значение угла падения отражённый свет оказывается линейно поляризованным. Угол падения в этом случае называется углом Брюстера (φБ) или углом полной поляризации и определяется законом Брюстера:

,

где n21 – относительный показатель преломления среды.

3.4. Двойное лучепреломление

В оптически анизотронных кристаллах наблюдается явление двойного лучепреломления, которое состоит в том, что луч света падающий на поверхность кристалла, раздваивается на два преломлённых луча.

MN – оптическая ось кристалла.

Оптическая ось кристалла – направление в оптически анизотронном кристалле, вдоль которого свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления. Главной плоскостью или главным сечением одностороннего кристалла называется плоскость, проходящая через падающий луч и пересекающую его оптическую ось.

В одноосном кристалле один из преломлённых лучей подчиняется обычным законом преломления света. Этот луч лежит в плоскости падения. Волну, распространяющуюся вдоль направления этого луча, называют обыкновенной волной и обозначают буквой О. Показатель преломления для этой волны n0.

Вдоль второго луча распространяется необыкновенная волна. Показатель преломления луча для неё nе. угол преломления для необыкновенного луча зависит от того, как ориентирована поверхность пластинки по отношению к оптической оси кристалла MN. Угол преломления равен нулю в двух случаях:

а) если поверхность пластинки перпендикулярна к оптической оси (свет распространяется вдоль оптической оси, не испытывая двойного лучепреломления).

б) если поверхность пластинки параллельна оптической оси (свет распространяется в пластинке перпендикулярно оптической оси).

Двойное лучепреломление можно объяснить тем, что падающая на оптически анизотронный кристалл световая волна возбуждает две волны, распространяющиеся в кристалле эти по разным направлениям. В однослойном кристалле эти волны называются обыкновенными и необыкновенными волнами. Обыкновенные и необыкновенные волны линейно поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

В обыкновенной волне вектор направлен перпендикулярно к главной плоскости кристалла. Электрический вектор необыкновенной волны лежит в главной плоскости кристалла.

Направления векторов в обыкновенных и необыкновенных волнах условно показаны на рисунке точками на обыкновенном луче и поперечными чёрточками на необыкновенном.

Предполагается, что оба луча и пересекающая их оптическая ось MN кристалла лежат в плоскости рисунка.

3.5. Искусственная оптическая анизотропия

1. Оптически изотропное прозрачное вещество становится анизотропным, если его подвергнуть механической деформации.

Это явление называется фотоупругостью, при одностороннем растяжении или сжатии изотропного тела вдоль оси OX оно приобретёт оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого параллельна ОХ .

Разность показателей преломления обыкновенного (no) и необыкновенного (nе) лучей в направлении перпендикулярном оси ОХ, пропорциональна нормальному напряжению .

n0-nе=к

где к- коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

2. Эффектом Керра называется возникновение оптической неоднородности у прозрачного изотропного диэлектрика, если его поместить во внешнее электрическое поле.

Под действием поля диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего поля.

Разность показателей преломления поляризованного диэлектрика для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света, распространяющегося перпендикулярно направлению вектора Е, удовлетворяет закону Керра.

nе-n0=Bв

где -длина волны в вакууме, Вв-постоянная Керра.

3. Эффектом Коттона-Мутона называется возникновение оптической анизотропии у некоторых изотропных вещество при помещении их в сильное внешнее магнитное поле.

В однородном магнитном поле вещество преображает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего поля.

Разность показателей преломления вещества для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света при его распространении в направлении перпендикулярном вектору , пропорциональна .

с- постоянная Коттона – Мутона, -длина волны в вакууме.

3.6. Вращение плоскости поляризации

При прохождении линейно поляризованного света через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления распространения луча.

Оптически активны некоторые кристалла (кварц, киноварь и др.) чистые жидкости и растворы (скипидар, раствор сахара в воде и др.)

В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя вещества, через который проходит свет:

Коэффициент пропорциональности называется удельным вращением, или постоянной вращения.

Угол поворота плоскости поляризации при прохождении света пути в оптически активном растворе равен

С – объемно-массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, D- плотность раствора, к=С/D- долевая концентрация по массе, – удельная вращения, зависит от природы оптически активного вещества.

Оптически неактивная среда под действием внешнего магнитного поля приобретает способность вращать плоскость поляризации света, распространяющегося вдоль направления поля.

Это явление называется эффектом Фарадея, или магнитным вращением плоскости поляризации.

где – угол поворота плоскости поляризации,

-напряженность магнитного поля,

– длина пути световой волны,

V – постоянная Верде.

Источник: //siblec.ru/estestvennye-nauki/optika/3-polyarizatsiya-sveta

Поляризация света для

Поляризация

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

Виды поляризации света

Определение 5

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Определение 6

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E→, носит название плоскости колебаний (то есть плоскость yz, изображенная на рисунке 2.6.3), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B→, является плоскостью поляризации (плоскость xz на рисунке 2.6.3).

Определение 7

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3.11.4).

Рисунок 3.11.4. Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

Определение 8

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E→ за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами ax и ay линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δφ между ними.

Определение 9

Волна, обладающая круговой поляризацией (ax=ay, Δφ=±π2) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3.11.5, дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3.11.5. Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным.

Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают.

По этой причине в результирующей волне вектор E→ хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными. 

Определение 10

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E→ может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3.11.6).

Рисунок 3.11.6. Разложение вектора E→ по осям Ох и Оу.

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E→(t)=Ex→(t)+Ey→(t).

В поляризованной волне обе составляющие Ex(t) и Ey(t) когерентны, то есть разность фаз между Ex(t) и Ey(t) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны.

По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3.11.1.

Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Определение 11

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E→ на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3.11.2).

Определение 12

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

Пример 2

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, Ex) и частично пропускает вторую волну (то есть Ey).

Определение 13

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

Определение 14

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Пример 3

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П1 и П2 (рисунок 3.11.7), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ. Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3.11.7. Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. yy'представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E0=I02 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E=E0 cos φ. Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I=E2=E02cos2φ=12I0cos2φ.

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E→ на его составляющие.

Рисунок 3.11.8. Модель поляризации света.

Рисунок 3.11.9. Модель закона Малюса.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: //Zaochnik.com/spravochnik/fizika/volnovaja-optika/poljarizatsija-sveta/

Поляризация света: основные понятия

Поляризация

Представляя собой одну из разновидностей электромагнитного излучения, свет может характеризоваться источником и определенной направленностью. Помимо этого, не стоит забывать о его двойственности. Так, в первом случае он будет считаться волной, а во втором – частицей (фотоном).

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

Определение 1

Поляризация света является одним из свойств какого-либо излучения в рамках оптического диапазона. В условиях такого явления, как поляризация, колебания частиц светового луча, которые направлены на поперечную поверхность, будут осуществляться в одинаковой плоскости. При этом отсекаются иные составляющие.

Понятие поляризации света

Понять суть поляризации света будет легче на конкретных примерах. Так, можно представить очень длинную, расположенную между двумя горизонтальными точками веревку, проходящую в пластине-щите сквозь щель.

Если взять теперь веревку за один конец и сформировать волны, они легко достигнут ее другого конца (но только в том случае, если образуются в одной плоскости со щелью в щите), то есть вертикальным способом.

Попытка двигать веревку вертикальным способом закончится гашением волн при достижении щита (из-за невозможности протиснуться поперек щели).

Таким образом, в данном примере веревка выступает в роли электромагнитного излучения, щит становится прозрачной (полупрозрачной) средой, а щель – специфичным свойством среды.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Поскольку свет представляет собой электромагнитную волну, она будет зависимой от двух типов векторов напряженности: электрического и магнитного. Они, в свою очередь, обладают свойством постоянной перпендикулярности по отношению друг к другу и могут формировать условную плоскость перпендикулярно линии распространения самой волны.

Круговая поляризация света возникает в случае вращения векторов магнитной индукции и электрического поля относительно направления луча света. В случае колебаний вектора напряженности такого поля в одинаковой плоскости, формируется плоско поляризованная электромагнитная волна (линейно-поляризованная).

Интересно, что излучение атомами одного-единственного светового кванта света будет всегда поляризовано. Наряду с тем, световой поток свечи, лампочки, Солнца, фонаря и пр. окажется неполяризованным, что объясняется излучением от множества атомов, имеющих различную поляризацию. Это лишает суммарный поток ориентированности.

Замечание 1

Поляризация света существенно зависит от особенностей вещества или местоположения атомов в его кристаллической решетке. Первые опыты проводились учеными с задействованием кристаллов, и только впоследствии объектом их внимания стали газообразные среды (атмосфера).

Поляризация света также зависит от местоположения наблюдателя (фотоэлемента, датчика и пр.).

Это, в свою очередь, объясняет возрастание поляризации при увеличении угла между направлением света от источника и указывающим на направленность луча зрения вектором.

В случае факта параллельности направлений мы наблюдаем уже отсутствие поляризации (при идеальных условиях). Также в природе зафиксирован третий вариант (имеется в виду частичная поляризация светового потока).

Подобная конфигурация возникает в случае преобладающего эффекта колебаний электрического поля (магнитной индукции) их векторов.

Интересным фактом является то, что человеческий глаз легко различает длину волн (цветовой аспект света) и ее интенсивность, а вот сама регистрация поляризации при этом доступна косвенно.

Наряду с тем, большинство насекомых, имеющих фасеточные глаза, способны прекрасно различать поляризацию волны, что, в свою очередь, помогает им отлично ориентироваться в пространстве.

Явление поляризации света в природе

Поляризованный свет является световыми волнами, чьи электромагнитные колебания способны распространяться исключительно в одном направлении. В природе различают только три вида поляризации:

  • линейную (плоскостную);
  • круговую;
  • эллиптическую.

При линейно поляризованном свете электрические колебания будут производиться исключительно в одном направлении. Он появляется при отражении, от листа стекла, например, или от поверхности воды. Также известны примеры с прохождением света через определенные виды кристаллов (турмалин, кварц).

Замечание 2

Поляризация света, таким образом, превращается в процесс упорядочивания колебаний вектора напряжённости электрополя световой волны в условиях прохождения светового потока сквозь некоторые вещества (преломление или отражение светового луча). Плоскость поляризации, в таком случае, будет представлять собой плоскость, которая проходит сквозь направление колебаний вектора света плоскополяризованной волны и ее распространения.

Излучаемый атомом квант света будет поляризован всегда.

При этом, излучение макроскопического источника света, такого как Солнце, электрическая лампа или свеча, окажется суммой излучений огромного количества атомов, каждый из которых будет излучать квант приблизительно за 10-8 секунды.

В таком случае, при излучении всеми атомами света с не одинаковой поляризацией, поляризация всего пучка будет подвергаться изменениям на протяжении аналогичных временных промежутков.

Определение 2

По этой причине, в рамках естественного света, абсолютно все связанные с поляризацией эффекты усредняются, поэтому он называется неполяризованным.

С целью выделения из неполяризованного света части, имеющей желаемую поляризацию, применяются поляризаторы, например, такие, как, турмалин, исландский шпат или поляризаторы искусственного типа.

Также в физике существует такое понятие, как поляризационный свет. Он получается следующими способами:

  • за счет отражения от диэлектриков, степень поляризации при этом будет зависеть от показателя преломления и угла падения лучей;
  • посредством пропускания света через анизотропную среду.

Все прозрачные кристаллы (исключая оптически изотропные кристаллы кубической системы) обладают свойством двойного лучепреломления, иными словами, – могут раздваиваться в отношении каждого светового пучка, падающего на них. Так, при направлении на толстый кристалл исландского шпата узкого пучка света, из кристалла выйдут два параллельных и пространственно разделенных луча.

Применение поляризационного света

Лучше понять суть и принцип действия поляризации света в природе помогут конкретные примеры применения поляризационного света:

  1. В молекулярной физике (при исследовании поверхности и структуры вещества, а также, при изучении явления поляризации молекул веществ). Вращение плоскости поляризации представляет основу методов сахариметрии (для определения степени концентрации растворов).
  2. В геологии (при исследовании в поляризованном свете различных минералов и изделий, геологи способны различать: изделия и минералы, природное и искусственное происхождения, поддельные и настоящие изделия).
  3. В фотографии (выполняя репродукции картин в застекленных рамах, фотографы могут легко ликвидировать блики от стекла за счет надетого на объектив поляризованного фильтра).
  4. В оптике (поляризованный бинокль помогает капитанам корабля вести судно в соответствии с правильным курсом, уничтожая при этом мешающие световые блики на морских волнах, зафиксированные при наблюдении). Поляризационные микроскопы, при изучении тончайших срезов минералов (шлифов) позволяют ученым определить структуру вещества. В стереокино применяются поляризационные очки, создающие иллюзию объемности.
  5. В технике (здесь наблюдается широкое применение поляризации света в случае необходимости плавного регулирования интенсивности светового пучка). Поляризация также применяется при создании жидкокристаллических дисплеев, задействованных во многих устройствах (например, в мониторах компьютеров, часах, таймерах).
  6. В астрономии (процесс спектрального разложения света может стать достоверным индикатором наличия жидкой воды, без которой невозможно формирование жизни земного типа). Вычисление угла поляризации позволяет максимально точно определить состав преломляющей свет жидкости.

Таким образом, можно говорить о разнообразии применения поляризации света в природе и о важности изучения основных понятий данного явления.

Источник: //spravochnick.ru/fizika/fizicheskaya_optika/polyarizaciya_sveta_osnovnye_ponyatiya/

Значение слова ПОЛЯРИЗАЦИЯ. Что такое ПОЛЯРИЗАЦИЯ?

Поляризация

  • ПОЛЯРИЗА́ЦИЯ, -и, ж. Физ. Зависимость электрических, магнитных и других свойств тел и процессов от их расположения и направления в пространстве. Поляризация волн. Электрохимическая поляризация.

    [Франц. polarisation]

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

  • Поляризация (фр. polarisation; от лат. polus ← др.-греч. πόλος буквально — ось) — процессы и состояния, связанные с разделением каких-либо объектов, преимущественно в пространстве.Поляризация вакуумаПоляризация волнПоляризация электромагнитных волн (поляризация света)Хроматическая поляризацияПоляризация частицГрадиент поляризацииПоляризация диэлектриковПоляризация клеточных мембранПоляризация небесного сводаПоляризация социальнаяПоляризация химической связиХимическая поляризация ядерПоляризация электрохимическая

    Поляризация математическая

Источник: Википедия

  • ПОЛЯРИЗА'ЦИЯ, и, мн. нет, ж. [от латин. polaris — полярный] (физ.). 1. Свойство световых и электромагнитных колебаний размещаться в одной определенной плоскости. Плоскость поляризации падающего луча.2. Отложение на электродах различных веществ, ослабляющих силу тока. П. электродов.

Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

  • 1. устар. приобретение или потеря полярности

    2. физ. свойство световых и электромагнитных колебаний размещаться в одной определённой плоскости

    3. физ. отложение на электродах различных веществ, ослабляющих силу тока

Источник: Викисловарь

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.

Насколько понятно значение слова делегатка(существительное):

Предложения со словом «поляризация»

  • Если один раствор отклоняет, а другой не отклоняет плоскость поляризации, то из них не должны получиться одинаковые кристаллы.
  • Не исключено, что это была призма из кристалла исландского шпата, обладающего свойством поляризации света.
  • Тогда возникает имущественное неравенство и поляризация общества.
  • (все предложения)

Сочетаемость слова «поляризация»

Все определения к слову ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Понятия со словом «поляризация»

  • Поляризация (фр. polarisation; от лат. polus ← др.-греч. πόλος буквально — ось) — процессы и состояния, связанные с разделением каких-либо объектов, преимущественно в пространстве.
  • Социальная поляризация — усиление различия в положении общественных групп, доходящее до их противостояния друг другу (полярности).

    Социальная поляризация может возникать как форма проявления внутриклассовых, межслоевых социальных различий (например, работников неквалифицированного и высококвалифицированного, умственного и физического труда, у руководителей и подчиненных).

    Ускоренное изменение облика одних слоев при относительной устойчивости облика других могут усиливать социальную поляризацию. Одна…

  • Групповáя поляризáция — психологический феномен расхождения по разным полюсам мнений участников дискуссии во время принятия группового решения.

    Величина разброса конечных вариантов напрямую зависит от первоначальных позиций участников. То есть, чем дальше от середины находились их мнения в начале дискуссии, тем сильней будет проявляться феномен. Важно разделять «поляризацию» и «экстремизацию». Поляризация — явление, при котором решение члена группы смещается к ранее выбранному им полюсу; при экстремизации…

    Подробнее: Групповая поляризация

  • Вращение плоскости поляризации поперечной волны — физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно-поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной, акустической, гравитационной и т. д.
  • Хроматическая поляризация —явление образования окраски у интерференционной картины, формирующейся в результате последовательного прохождения белого света через поляризатор, двупреломляющую прозрачную среду и анализатор. Открыто французским физиком Араго в 1811 году.
  • (все понятия)

Источник: //kartaslov.ru/%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0/%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

Ваш Недуг
Добавить комментарий