Вопрос 10. Способы получения поляризованного света.

1. Поляризация при отражении

Эксперименты показывают, что при отражении естественного света на границе раздела двух диэлектриков отраженные и преломленные лучи оказываются частично поляризованными. Френель, рассматривая дифракцию электромагнитных волн на узлах кристаллической решетки получил формулы для интенсивности отражения

волн.

 

 

-Формулы Френеля (1)

 

 

Здесь I_пар.,I_{перпен.}- интенсивности отраженных волн, в которых направление колебания вектора Е перпендикулярны или параллельны плоскости поляризатора.

Из формул Френеля видно, что если j+y=p/2 I_пар.=0

т.е. отраженные лучи окажутся полностью поляризованными. В этом случае преломленные и отраженные лучи находятся под углами p/2 друг к другу. Отсюда видно, что угол j₀ при котором выполняется условие j₀ +y=p/2, только тогда, когда:

-(2) закон Брюстера

т.к. и j₀+y=p/2 Þ siny=cosj₀

Закон Брюстера был получен экспериментально и является частным случаем формулы Френеля.

2. Явление двойного лучепреломления.

Если луч света проходит через прозрачный кристалл с несимметричным строением кристаллической решетки, то происходит расщепление луча на два луча. Причем оба луча оказываются плоско поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это явление называется явлением двойного лучепреломления. Такими кристаллами являются, например: кварц, исландский шпат, сахар и т.д.

Один из расщепленных лучей называют обыкновенным - О, а другой необыкновенным(рис.1). Для обыкновенного луча выполняется закон преломления. Для необыкновенного луча показатель преломления зависит от угла падения. Даже при нормальном падении на поверхность кристалла происходит расщепление луча естественного света.

Кристаллы, обладающие свойствами двойного лучепреломления, называются оптически активными. У таких кристаллов имеется хотя бы одно направление, вдоль которого не происходит двойного лучепреломления. Это направление называется оптической осью кристалла. Плоскость, содержащая падающий луч и оптическую ось называется главным сечением и оптической осью кристалла.

Данное явление широко применяется для получения поляризованного света. Для большего отклонения расщепленных лучей применяют специальные призмы.

В призме Николя

Грани естественного кристалла, исл. шпата, обрабатываются под определенными углам относительно оптической оси. Затем призму распиливают по диагонали и склеивают канадским бальзамом.

Показатель преломления Канадского бальзама больше показателя преломления исл. шпата: больше для обыкновенного и меньше для не обыкновенного луча. Обыкновенный луч на границе раздела шпата с бальзамом полностью отражается, а необыкновенный луч проходит через призму без существенного изменения направления.

Если оптические свойства кристалла в разных направлениях разные, то он анизотропный.

3. Оптический дихроизм и искусственная оптическая анизотропия.

Некоторые кристаллы двойного лучепреломления по разному поглощают расщепленные лучи. Например, кристаллы турмалина уже на толщине миллиметра полностью поглощают обыкновенный луч, а необыкновенный проходит без существенного поглощения. Такое свойство называется дихроизм(двойное поглощение). Дихроичные кристаллы используют для поляризации света. Некоторые изотропные кристаллы приобретают оптическую анизотропию под действием механического воздействия электрического и магнитного полей. Эти явления называются искусственной анизотропией.

Вопрос 11. Поглощение и рассеивание излучения. Закон Бугера.

Пусть свет проходит через слой поглощающе-рассеивающей среды толщиной l. Часть излучения поглощается атомами и молекулами вещества, а часть рассеивается во всех направлениях на частицах посторонней примеси. В результате по мере прохождения через вещество интенсивность излучения уменьшается. Уменьшается интенсивность на слое малой толщины dx пропорционально интенсивности данного места и толщины слоя:

dI=-kI_xdx (1),

здесь -коэффициент ослабления - относительное уменьшение интенсивности света на слое единичной толщины.

Ослабление излучения происходит из-за поглощения и за счет рассеивания:

, здесь a, b-коэффициенты поглощения и рассеивания соответсвенно.

Уравнение (1) является дифференциальным уравнением с разделяющимися переменными

(2)

Если коэффициент ослабления постоянен

Из (2): (3)-Закон Бугера

Интенсивность среды по мере прохождения через слой мутной среды уменьшается по экспоненциальной зависимости.

I₀,I-интенсивность света на входе или на выходе из среды.

 

-пропускательная способность среды.

Для однородного газа b=0, k=a, Þd=e^{-a l}

т.к. для слоя газа r 0 Þ из a+d=1 (4)-поглощательная способность слоя однородного газа.

Рассеивание излучения происходит на мельчайших частицах посторонней примеси. Коэффициент рассеивания b зависит от размеров этих частиц, концентрации частиц и от показателя преломления.