Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Естественный и поляризованный свет.

а

б

в

Как правило, излучение естественных источников представляет собой пример электромагнитных волн со всевозможными равновероятностными ориентациями вектора , т.е. с неопределённым состоянием поляризации. Такой свет называют неполяризованным или естественным (рис. а).

Свет с преимущественным (но не исключительным) направлением колебаний вектора называют частично поляризованным светом (рис. б).

в природе существует обширный класс электромагнитных волн, в которых колебания электрического и магнитного полей совершаются в строго определённых направлениях. Такое свойство определяет состояние поляризации электромагнитной волны. Если вектор напряженности электрического поля электромагнитной волны колеблется вдоль некоторого направления в пространстве, говорят о линейной поляризации рассматриваемой электромагнитной волны (рис. в). Электромагнитная волна в этом случае называется полностью поляризованной.

Поляризация при отражение и преломление на границе двух диэлектрических сред.

Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред (например, от стекла). Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости, в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости.

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.

Закон Брюстера: \operatorname{tg}\left( {{\theta }_{Br}} \right)={{n}_{21}}, где n21 — показатель преломления второй среды относительно первой, θBr — угол падения (угол Брюстера).

Закон Малюса

Зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла \varphiмежду плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

I=k_{a}I_{0}\cos^2\varphi

где I0 — интенсивность падающего на поляризатор света, I — интенсивность света, выходящего из поляризатора, ka - коэффициент прозрачности анализатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса.

Естественная анизотропия.

Естественная анизотропия — наиболее характерная особенность кристаллов. Она проявляется в различии скоростей роста кристаллов в разных направлениях. Именно поэтому кристаллы вырастают в виде правильных многогранников: шестиугольные призмы кварца, кубики каменной соли, восьмиугольные кристаллы алмаза, разнообразные, но всегда шестиугольные звёздочки снежинок. В случае изотропности скорости роста, кристалл вырастал бы в форме шара.

Поляризационные приборы.

Предназначаются для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризованного оптического излучения (света), а также для различных исследований и измерений, основанных на явлении поляризации света. К 1-й из двух категорий, на которые разделяют поляризационные приборы, относятся простейшие устройства для получения и преобразования поляризованного света — линейные и циркулярные поляризаторы (П), фазовые пластинки, компенсаторы оптические, деполяризаторы и пр. 2-я категория поляризационные приборы — более сложные конструкции и установки для количественных поляризационно-оптических исследований. В качестве элементов в них входят поляризационные приборы 1-й категории, а также приёмники света, монохроматоры, вспомогательные электронные устройства и многие др.

Четвертьволновые и полуволновые пластинки.

Для произвольного угла между направлением оптической оси кристалла и направлением колебаний вектора напряжённости электрического поля (рис. 8.6), а также для произвольной толщины пластинки внутри пластинки вследствие явления двойного лучепреломления возникнут обыкновенная и необыкновенная линейно поляризованные световые волны. В результате этого из кристаллической пластинки выйдет плоская эллиптически поляризованная световая волна. В самом деле, при произвольном значении угла  амплитуды векторов напряжённости электрического поля обыкновенной и необыкновенной волн вследствие (8.8) не равны друг другу, а разность их фаз колебаний определяется толщиной пластинки :

Формула 8.9a,

(8.9a)

где - длина световой волны вакууме.

Отсюда следует, что кристаллическая пластинка превращает исходную линейно поляризованную световую волну в эллиптически поляризованную.

Если толщина пластинки выбирается такой, что оптическая разность хода обыкновенной и необыкновенной волн кратна нечётному числу четвертей длин волн, т.е.:

Формула 8.10a,

(8.10a)

а угол равен одному из значений , то кристаллическая пластинка превращает исходную линейно поляризованную световую волну в поляризованную по кругу.

Такие кристаллические пластинки называются пластинками "в четверть длины волны". Пластинки в "в четверть длины волны используются для превращения линейно поляризованного света в свет, поляризованный по кругу, и наоборот, с помощью этой пластинки свет, поляризованный по кругу, можно преобразовать в линейно поляризованный свет.

Наконец, если толщина пластинки выбирается такой, что оптическая разность хода обыкновенной и необыкновенной волн нечётному числу полуволн:

Формула 8.10b,

(8.10b)

то выходящая из кристаллической пластинки световая волна остаётся исходной линейно поляризованной, как и исходная.

Рис.8.7

Рис. 8.7.

Такие кристаллические пластинки называются "полуволновыми пластинками". Полуволновые пластинки могут быть использованы для поворота плоскости поляризации походящей через пластинку световой волны. Например, при угле (рис. 8.7) между направлением колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны и оптической осью (осью ) выходящая из кристаллической полуволновой пластинки электромагнитная волна будет линейно поляризована в плоскости, повёрнутой на по отношению к плоскости поляризации исходной волны .

Вращение плоскости поляризации

Объединённая общим феноменологич. проявлением группа эффектов, заключающихся в повороте плоскости поляризации поперечной волны в результате взаимодействия с анизотропной средой. Наиб. известностью пользуются эффекты, связанные с В.п.п. света, хотя аналогичные явления наблюдаются и в др. областях спектра эл--магн. волн (в частности, в СВЧ-диапазоне), а также в акустике, физике элементарных частиц и т. д.

В. п. п. обычно обусловлено различием коэф. преломления среды для двух циркулярно поляризованных (по правому и левому кругу) волн (т.н. циркулярной анизотропией) и описывается в общем случае аксиальным тензором второго ранга, связывающим аксиальный вектор угла поворота 1119918-65.jpgплоскости поляризации с полярным волновым вектором 1119918-66.jpg.

№ 1.2.3.

При общей гальванизации больного в течение t = 20 мин поддерживалась сила тока I = 50 мА. Какое количество положительных ионов образовал ток, если все ионы одновалентны?

Решение

Ток в электролите представляет собой направленное движение разноименных ионов:

,

где , n – общее число ионов, е – заряд электрона. Так как число отрицательных ионов равно числу положительных и по условию они одновалентны, то

.

Отсюда


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке