Действие поляризационных приборов

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 01.08.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Резердорф и его опыты
Методы получения полупроводниковых пластин
Распространение радиоактивных волн
Проявление законов силы трения в повседневной жизни человека


Введение:

Устройства, которые преобразуют естественный или частично поляризованный свет в линейно поляризованный свет, называются поляризаторами. Их действие основано на использовании или закон Брюстера для отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных изотропных диэлектриков, или явление двулучепреломления в одноосных кристаллах.

Примером поляризатора первого типа является плоскопараллельная стеклянная пластина. Если естественный свет падает на пластину под углом Брюстера, определенным из условия, то отраженный свет будет полностью поляризован в направлении, перпендикулярном плоскости падения. 

Поляризационные устройства

Используя систему идентичных плоскопараллельных стеклянных пластин, расположенных параллельно друг другу (стеклянная стопка), на которые падает пучок света под углом Брюстера, мы обнаруживаем, что после многократных отражений и преломлений свет, прошедший через стопку, будет почти полностью поляризован в плоскости падения.

Призмы и поляроиды чаще всего используются в качестве поляризаторов на основе явления двулучепреломления.

Призмы делятся на два класса:

  • призмы, дающие только один плоскополяризованный луч (однолучевые поляризующие призмы);
  • призмы, дающие 2 поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях пучка (двухлучевые поляризующие призмы, двулучепреломляющие призмы).

Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (например, обычного) от границы раздела, в то время как через этот интерфейс проходит другой луч с другим показателем преломления.

Это двойная призма исландского лонжерона, склеенная вдоль разделительной линии АВ канадским бальзамом с = 1,55, прозрачная для света и оптически изотропная.

Имеет форму ромба в поперечном сечении. Оптическая ось составляет угол 48 ° с входной гранью. На передней входной поверхности призмы естественный луч, параллельный краю CB, разделяется на 2 луча: обычный (= 1,66) и необычный (= 1,51). При соответствующем выборе угла падения на диагональной плоскости AB (76,5 °), равного или превышающего предельный, обычный луч подвергается полному внутреннему отражению (канадский бальзам для него является оптически менее плотной средой, и затем поглощается в призме кадра (или почерневшей кромке SV). Необычный луч  оставляет кристалл параллельно падающему лучу, слегка смещенный относительно него (из-за преломления на наклонных гранях AC и DB), устраняется.

Плоскость, в которой лежит вектор линейно поляризованного исходящего луча (в нашем случае это плоскость рисунка), называется плоскостью пропускания поляризатора, главной плоскостью поляризатора. Когда призма вращается вокруг падающего луча на определенный угол, плоскость поляризации проходящего через нее света поворачивается на тот же угол. 

Луч, падающий на призму, должен быть близко к параллельному, в противном случае не будет полной поляризации выходного луча.

Допускается расхождение луча, и оно называется апертурой поляризационной призмы.

Канадский бальзам поглощает ультрафиолетовые лучи. Для ультрафиолетового спектра призмы склеиваются с глицерином или создается воздушный зазор. Тогда апертура призмы уменьшается. 

Призмы с двойным лучепреломлением используют разницу в показателях преломления обычных и необычных лучей, чтобы отделить их как можно дальше друг от друга.

Примером двулучепреломляющих призм являются: Исландский лонжерон и стеклянная призма.

Обычный луч преломляется на границах 2 раза и, следовательно, сильно отклоняется. Необыкновенный луч при соответствующем отборе проходит сквозь призму почти без отклонения. 

Волластон Призма

Состоит из двух исландских призм со взаимно перпендикулярными (ортогональными) оптическими осями. В первой призме два луча (o) и (e) движутся в одном направлении с разными скоростями. Поскольку оптические оси, в другой призме лучи меняют названия и значения скоростей. Внутри второй призмы обычные и необычные лучи расходятся и выходят из нее под разными углами. Потому что тогда угол расхождения самый большой. Разница в ориентации оптических осей влияет на угол расхождения между обычным и необычным лучами. 

В дополнение к этому существуют также поляризаторы, состоящие из двулучепреломляющих кристаллов со свойством дихроизма. Дихроизм Селективное поглощение света в зависимости от ориентации светового волнового вектора (поляризация). Такие кристаллы называют дихроичными кристаллами. Те. в таких кристаллах коэффициент поглощения не одинаков для обычных и необычных лучей и зависит от распространения света в кристалле. 

Турмалин является примером встречающегося в природе сильно дихроичного кристалла. В турмалине из-за очень сильного селективного поглощения обычного луча даже при толщине пластины 1 мм. из него выходит только необычный луч. Коэффициент поглощения необычного луча в турмалине сильно зависит от частоты света. Поэтому, когда турмалиновая пластина освещается белым светом, кристалл оказывается разноцветным в разных направлениях. В проходящем необычном луче преобладает желто-зеленая область спектра видимого света. Поэтому турмалин является не только поляризатором, но и своего рода светофильтром. 

Кристаллы гепатита (йод-хинина сульфат), толщина которых уже составляет 0,1 мм, имеют еще более выраженный дихроизм в области видимого света. полностью поглотить обычный луч. 

Дихроичные кристаллы стали еще более важными в связи с изобретением поляроидов. Тонкая пленка целлулоида, в которую встроены кристаллы герапатита, может служить поляроидом. Пленка необходима для того, чтобы получить поляризаторы с большой площадью поверхности (до нескольких), так как сами кристаллы гепатита очень малы. Это главное преимущество поляроидов перед призмами. Однако степень поляризации в них зависит сильнее, чем в призмах. Кроме того, их более низкая прозрачность по сравнению с призмами (приблизительно 30%) в сочетании с низкой термостойкостью не позволяет использовать поляроиды в мощных световых потоках. Поляроиды используются, например, для защиты от бликов солнечного света и фар встречных транспортных средств. 

Разные кристаллы создают двойное лучепреломление, различное по значению и направлению. Поэтому, пропуская через них поляризованный свет и измеряя его изменение после прохождения через кристаллы, можно определить их оптические характеристики и провести минералогический анализ. Для этого используются поляризационные микроскопы. 

Анализ поляризованного света

Устройства, используемые для анализа степени поляризации света, называются анализаторами. В качестве анализаторов используются те же устройства, что и для получения линейно поляризованного света. 

Если на анализатор падает линейно поляризованный свет с амплитудой (интенсивностью), то амплитуда и интенсивность света, прошедшего через анализатор, будут зависеть от угла.

Закон Малуса, где угол, который образует вектор падающего света с плоскостью передающего анализатора.

На входе в анализатор луч разделяется на два луча: поляризованный в основной плоскости анализатора и в перпендикуляре к нему. Первый пройдет через него, второй будет полностью поглощен. 

Если анализатор вращается вокруг луча линейно поляризованного света, интенсивность изменится с 0.

Если интенсивность не изменяется при вращении анализатора, то:

  1. падающий свет естественный. В этом случае все значения присутствуют и они одинаково вероятны. 
  2. падающий свет поляризован по кругу, слева или справа.

Если интенсивность изменяется, когда анализатор вращается, но для, то падающий свет либо частично поляризован, либо имеет эллиптическую поляризацию.

Пусть плоскополяризованный свет падает нормально на кристаллическую пластину, вырезанную из одноосного кристалла, параллельного оптической оси. Если плоскость колебаний падающего света наклонена к основной плоскости кристалла под углом, то внутри пластины он распадается на обычные (о) и необычные (е) лучи. В кристалле они не разделены пространственно (но движутся с разными скоростями), и на выходе из кристалла они складываются. Поскольку в обычных и необычных лучах колебания светового вектора происходят во взаимно перпендикулярных направлениях, то на выходе из пластины в результате сложения этих колебаний, между которыми возникла разность фаз, образуются световые волны, вектор (и, соответственно, конец описывает в плоскости направление распространения эллипса, ориентированного произвольно относительно координатных осей). 

Действие поляризационных приборов

Уравнение этого эллипса интерференция поляризационных световых призм 
где и, соответственно, составляющие напряженности электрического поля волны в обыкновенном и неординарном лучах, разность фаз колебаний.

Таким образом, в общем случае в результате прохождения через пластину плоскополяризованный свет становится эллиптически поляризованным.

Разница оптических путей или разность фаз возникает между обычными и необычными лучами в пластине, где толщина пластины, длина волны в вакууме.

Когда (если вектор света в плоскополяризованном свете, обычно падающий на пластину, составляет угол с направлением оптической оси пластины), т.е. на выходе из пластины, свет оказывается циркулярно поляризованным. 

Пластина, разрезанная параллельно оптической оси, для которой разность оптических путей (m = 0,1,2 ...), называется четвертьволновой пластиной (пластиной).

Знак + соответствует отрицательным кристаллам, минус положительные.

Уравнение принимает вид: Линейно поляризованный свет выходит из пластины. Таким образом, когда линейно поляризованный монохроматический свет проходит через пластину на половине длины волны, свет остается линейно поляризованным, но его плоскость поляризации поворачивается на угол. 

Уравнение принимает вид: Следовательно, когда линейно поляризованный монохроматический свет проходит через пластину, он остается линейно поляризованным в одной плоскости. 

В обоих последних случаях пластина не меняет характер поляризации света.

С другой стороны, пластина может излучать линейно поляризованный свет из света других поляризаций.

В циркулярно поляризованном свете разность фаз между любыми двумя взаимно перпендикулярными колебаниями, суперпозиция которых она может быть представлена, равна. Амплитуды этих колебаний равны. Если на пути такого света находится пластина, то это приведет к дополнительной разности фаз. Результирующая разность фаз будет равна 0 или. Следовательно, циркулярно поляризованный свет, проходя через пластину, становится плоскополяризованным. Если теперь на пути луча установлен поляризатор, то его полное гашение может быть достигнуто. Если падающий свет был естественным, то он останется таковым при прохождении пластины (ни при каком положении пластины и поляризатора луч не может быть погашен). 

Таким образом, если интенсивность не изменяется при вращении поляризатора в любом положении пластины, то падающий свет является естественным. Если интенсивность изменяется, и возможно достигнуть полного исчезновения луча, то падающий свет поляризован циркулярно; если полное затухание не достигается, то падающий свет представляет собой смесь естественного и циркулярно поляризованного. Таким образом, свет с круговой поляризацией можно отличить от естественного света. 

Если на пути эллиптически поляризованного света находится пластина, оптическая ось которой ориентирована параллельно одной из осей эллипса, то это приведет к дополнительной разности фаз между двумя взаимно перпендикулярными компонентами, которые стали обычными и необычными лучами. , Результирующая разность фаз будет равна 0 или. Следовательно, эллиптически поляризованный свет, проходя через пластину, вращаясь определенным образом, превращается в плоскую поляризацию и может быть погашен путем поворота анализатора. Этот метод может отличать эллиптически поляризованный свет от частично поляризованного света. 

Цвета кристаллических пластинок

Интерференция поляризованного света

Естественный свет это набор линейно поляризованных волн со всеми возможными ориентациями их плоскостей колебаний относительно пучка. Эти элементарные волны соответствуют излучению различных независимых атомов источника света, т.е. явно не связаны друг с другом. Когда естественный свет падает на одноосный кристалл в последнем, распространяются 2 обычные и необычные волны, которые линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждая из элементарных волн, падающих на кристалл, участвует в возбуждении этих двух волн. Однако их вклад в обычные и необычные волны не одинаков и зависит от угла между плоскостью колебаний элементарной волны и главной плоскостью кристалла. Так, например, элементарная волна, поляризованная в основной плоскости кристалла, возбуждает только обычную волну, а элементарная волна, поляризованная в перпендикулярной плоскости, возбуждает только необычную. Другими словами, обычные и необычные волны в основном генерируются различными элементарными волнами, которые являются частью естественного света, падающего на кристалл. Следовательно, обычные и необычные волны, распространяющиеся в одноосном кристалле, когда на него падает естественный свет, являются некогерентными. 

Ситуация совершенно иная, если линейно поляризованный свет (например, полученный из естественного света с помощью поляризатора) падает на двулучепреломляющий кристалл. В этом случае углы для всех элементарных волн, составляющих свет, падающий на кристалл, одинаковы и равны углу между плоскостью колебаний падающего света и основной плоскостью кристалла.

Когерентные волны, возникающие (проблема предыдущего раздела) из кристаллической пластины, не могут мешать, поскольку лучи (o) и (e) поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Если колебания вектора обычных и необычных лучей сводятся к одной плоскости, то можно говорить о интерференции поляризованных лучей. Поэтому давайте пропустим оба луча через призму Николаса, которая служит анализатором. Анализатор, разлагая приходящие к нему когерентные волны, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях и имея определенные разности фаз, отделяет от них компоненты, поляризованные в одной плоскости, и тем самым создает условия, необходимые для существования интерференции этих волн. 

Пусть на пластину падает монохроматический свет с длиной волны в вакууме. Пусть амплитуда линейно поляризованного света после поляризатора. Как правило, основные секции A и P устанавливаются параллельно или перпендикулярно друг другу. Рассмотрим случай, когда AR. 

Свет не проходит через два скрещенных Н'колса. Однако, если между ними вводится анизотропное вещество, система начинает пропускать свет.

Если пластина является плоскопараллельной и освещается параллельным монохроматическим линейно поляризованным лучом, то интерференционная картина представляет собой однородно освещенное поле.

Если при тех же условиях линейно поляризованный белый свет падает на пластину, то, когда свет проходит через анализатор, пластина выглядит однородно окрашенной.

При изменении угла между анализатором и поляризатором (вращение одного из них) цвет пластины меняется. Это явление объясняется тем, что для разных монохроматических составляющих белого света величина фазового сдвига, определяющая результат их интерференции, неодинакова. При изменении на, интерференционная картина изменится на дополнительную; если, например, когда пластина была окрашена в красный цвет, то когда она станет зеленой. Явление интерференции в белом свете, дающее цветную картину интерференции, называется. хроматическая поляризация. 

Если толщина d пластины в разных местах не одинакова, то значения также различны. При наблюдении такой пластины через анализатор в монохроматическом свете на ее поверхности видна система светлых и темных интерференционных полос, соответствующих участкам пластины одинаковой толщины. 

В белом свете пластина приобретает причудливый многоцветный цвет, и каждая цветовая интерференционная линия (изохромат) проходит через те точки пластины, где. Для клина цветные полосы параллельны преломляющему ребру. Аналогичная картина наблюдается на пластине с, но переменная. В этом случае изохроматы соединяют точки, для которых. 

Система скрещенных николов, между которыми помещается тестовый образец, обеспечивает очень чувствительный способ определения оптической анизотропии. Если он присутствует, цветовая картина интерференции появляется немедленно. 

Искусственная оптическая анизотропия

Двойное лучепреломление происходит в естественных анизотропных средах. Однако существуют различные способы получения искусственной оптической анизотропии, то есть сообщения оптической анизотропии к естественным изотропным веществам. 

Некоторые оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными.

Под воздействием механических деформаций (односторонняя оптическая ось таких квазикристаллов будет проходить вдоль направления сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекло и т. д.).

Сжатие / напряжение, -нормальный стресс. Явление было открыто Т. Згебеком и Д. Брюстером. Примеры напряжений в оптическом стекле и других прозрачных материалах (возникающих в металлических деталях при их изготовлении). 

Метод обнаружения такой анизотропии интерференция поляризованных лучей. Поскольку материалы (металлы), обычно используемые в машиностроении, непрозрачны, исследование напряжений проводится на прозрачных моделях, а затем производится соответствующее преобразование в проектную конструкцию. 

В электрическом поле (эффект Керра: жидкости, аморфные тела, газы).

Это явление было открыто впервые в 1875 году. Шотландский физик Дж. Керр (1824-1904) при перемещении жидкого (а также твердого) изотропного диэлектрика в достаточно сильном однородном электрическом поле. 

Заключение

Ячейка Керра Кювета с жидкостью (например, нитробензолом), в которую вставлены обкладки конденсатора, помещается между скрещенным поляризатором P и анализатором А. Поле, свет не проходит через систему. При наложении электронной почты. поле, жидкость становится анизотропной, и свет проходит через нее. Оптическая ось направлена ​​вдоль вектора электронной почты. конденсаторные поля.

Для газов B на несколько порядков меньше. Но в 1930 г. явление Керра для газов также было открыто. 

Эффект был объяснен Ланжевеном и Бором. Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости в разных направлениях. Это явление практически безынерционное, т. е. переход вещества из изотропного состояния в анизотропное состояние при включении поля (и наоборот) равен c. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и используется в быстрых процессах (запись звука, воспроизведение звука, высокоскоростная фотосъемка и съемка, изучение скорости распространения света, лазерные затворы), в оптическом местоположении, в оптической телефонии, и т.п.