Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы контроля и анализа» для студентов Казнту имени К. И. Сатпаева по специальности 050716
жүктеу/скачать 1,12 Mb.
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы ко
| Лекции 6.
Поляризация света. В поперечной механической волне колебания частиц вещества могут происходить в любых направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если при этом направления колебаний частиц беспорядочно меняются, но амплитуды их во всех направлениях одинаковы (рис. 6.1, а), то такая волна называется естественной, или неполяризованной (рис. 6.1, а). Рисунок 6.1. Если колебания происходят только в одном постоянном направлении (рис. 6.1, в), то волна называется плоскополяризованной (рис. 6.2, б). Если колебания происходят в различных направлениях, но в некоторых направлениях амплитуды больше, чем в других (рис. 6.1, б), то такая волна называется частично поляризованной. Плоскую поляризацию волны можно осуществить, пропуская естественную волну через устройство, называемое поляризатором. Рисунок 6.2. Поляризованные волны. Например, для волны на упругом шнуре поляризатором может служить узкая щель между двумя параллельными плоскостями. Если шнур пропустить сквозь такую щель (рис. 6.2, в) и возбуждать колебания в нем в различных направлениях, то позади щели колебания будут происходить только в плоскости, совпадающей с плоскостью щели, т. е. волка станет плоскополяризованной. Если изменить положение щели, то соответственно изменится и положение плоскости колебаний: щель поляризует волну в своей плоскости. Поставим на пути волны вторую щель. Если плоскости щелей совпадают (рис. 6.3, а), то колебания, поляризованные первой щелью, будут проходить через вторую щель без изменения амплитуды. Если вторую щель повернуть на некоторый угол а, то соответственно изменится и положение плоскости, в которой происходят колебания, причем амплитуда А колебаний уменьшится (рис. 6.3, б) по закону А = Ао cos а, где а\ Ао — амплитуда колебаний перед щелью. Это соотношение Рисунок 6.3. соответствует проекции амплитуды Ао на плоскость щели. Поэтому можно сказать, что из колебаний с амплитудой Ао вторая щель пропускает только составляющую, совпадающую с плоскостью щели. При повороте второй щели на углы от 0 до 90° вместе с изменением положения плоскости колебаний, прошедших через щель, амплитуда их изменяется от начальной величины до нуля (рис. 387, в). Поэтому, вращая вторую щель вокруг оси, совпадающей с напра'вле-нием^раепростраиения волны, можно по изменению амплитуды колебаний (например, полное пропускание или гашение) определить положение в пространстве плоскости колебаний поляризованной волны. В связи с этим вторая щель называется анализатором волны. Первая щель, или поляризатор, из колебаний естественной волны, происходящих во всевозможных направлениях, также пропускает только составляющие амплитуд 1', 2', 3', ..., совпадающие с его плоскостью, которые и образуют амплитуды колебаний поляризованной волны (рис. 6.1, г). Поляризация света. Установлено, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, которая воздействует непосредственно на электроны в атомах вещества. Поэтому вектор Е напряженности электрической составляющей поля называют световым вектором волны, а плоскость его колебаний - плоскостью колебаний волны. Можно считать, что в единичном акте излучения электрон в атоме испускает плоскополяризованную световую волну, т. е. волну, в которой колебания светового вектора происходят в одной плоскости. Поскольку излучение продолжается в течение ~ 10-8 с, при этом образуется «цуг» волн протяженностью около 3м. Затем атом излучает новый цуг волн, направление и фаза светового вектора которого не связаны с предыдущим цугом. Световая волна, излучаемая телом в целом, образуется в результате сложения волн, излучаемых множеством атомов, с различной и беспорядочно меняющейся во времени ориентировкой световых векторов. Соответственно меняется и направление светового вектора результирующей волны. При этом все направления для светового вектора равноценны, т. е. волна является естественной, или неполяризованной. Таким образом, все естественные источники света излучают неполяризованный свет. С помощью поляризатора естественный свет можно преобразовать в шюскополяризованный. При этом поляризатор пропускает только составляющие колебаний светового вектора, совпадающие с его плоскостью (см. рис. 6.1 г), амплитуда которых, изменяется по закону А = Ао cos α, где α - угол между плоскостью колебаний светового вектора и плоскостью поляризатора. Интенсивность I световой волны, прошедшей через поляризатор (и приходящейся на одно колебание), пропорциональна квадрату амплитуды. Следовательно, I = I0 cos2 α, где I0 - интенсивность волны, падающей на поляризатор. В естественной волне все направления колебаний светового вектора равноценны и угол α беспорядочно меняется в пределах от 0 до π. Следовательно, интенсивность световой волны, прошедшей через поляризатор (в целом), пропорциональна среднему значению cos2α в пределах от α =0 до α = л. Поскольку последнее равняется 1/2 , интенсивность плоскополяризованного света Iп равняется половине интенсивности I ест естественного света, падающего на поляризатор: I п = I ест/2. Плоская поляризация света, особенно частичная, - весьма распространенное явление, происходящее при отражении, преломлении и рассеянии света окружающими телами. Однако глаз не отличает поляризованный свет от естественного. В связи с этим все наблюдения поляризации света или связанных с ней явлений производятся только с помощью соответствующих приборов. Плоская поляризация света (слово «плоская» в дальнейшем опускается) происходит, например, при отражении и преломлении свет в стекле. Как отраженный, так и преломленные световые лучи частично поляризованы, причем преимущественное направление колебаний преломленного луча лежит в плоскости падения и отраженного луча — в плоскости, ей перпендикулярной. Степень поляризации отраженного света зависит от угла падения. При угле падения α, удовлетворяющем условию tg α = п (закон Брюстера), где п — показатель преломления среды, происходит полная поляризация отраженного света. Поляризация происходит также при рассеянии света. Степень поляризации тем выше, чем меньше размеры частиц, на которых происходит рассеяние. Механизм поляризации света при взаимодействии с веществом подробно рассматривать не будем. Укажем только, что зависимость величины светового вектора от направления излучения свойственна атомам, которые уподобляются микроосцилляторам. При сложении вторичных световых волн, излучаемых атомами вещества, образуется волна, также имеющая некоторые преимущественные направления колебаний результирующего светового вектора, т. е. волна частично, а при соответствующих условиях и полностью поляризована. Литература: 2 осн. [403-406]. Контрольные вопросы. Что такое естественная и неполяризованная волна? Что такое частично поляризованная волна? Что такое поляризатор? Что такое анализатор волны? Поляризация света. жүктеу/скачать 1,12 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|