Досега зборувавме за медиуми чиј индекс на рефракција е различен за различни правци на поларизација на упадниот светлосен зрак. Огромно значење за практична примена имаат и други медиуми, во кои, во зависност од поларизацијата на светлината, не се менува само индексот на прекршување, туку и коефициентот на апсорпција. Како и во случајот со двојното прекршување, лесно е да се разбере дека апсорпцијата може да зависи од насоката на присилните вибрации на полнежите само во анизотропни медиуми. Првиот, стар, веќе познат пример е турмалинот, а другиот е полароид. Полароид се состои од тенок слој на мали кристали на херапатит (сол на јод и кинин), усогласени со нивните оски паралелни едни на други. Овие кристали апсорбираат светлина кога се појавуваат вибрации во една насока, а речиси и да нема светлина кога вибрациите се случуваат во друга насока.
Дозволете ни да насочиме зрак светлина поларизиран под агол на неговата оска кај Полароидот. Колкав интензитет ќе биде зракот што минува низ Полароидот? Ајде да го разложиме нашиот зрак светлина на две компоненти: едната со поларизација нормална на онаа што поминува без слабеење (тоа е пропорционална), а втората - надолжна компонента, пропорционална на . Само дел пропорционален на ; компонента пропорционална на , ќе се апсорбира. Амплитудата на светлината што се пренесува преку Полароидот е помала од амплитудата на упадната светлина и од неа се добива со множење со . Интензитетот на светлината е пропорционален на квадратот. Така, ако упадната светлина е поларизирана под агол на оската на полароидот, делот од интензитетот што го пренесува поларизаторот е дел од вкупниот број. Делот од интензитетот што се апсорбира во полароид е, се разбира, .
Интересен парадокс се појавува во следниот експеримент. Познато е дека два полароиди со оски лоцирани нормално едни на други не пренесуваат светлина. Но, ако трет се стави меѓу таквите полароиди, чија оска е насочена под агол на оските на другите два, дел од светлината ќе помине низ нашиот систем. Како што знаеме, Polaroid само апсорбира светлина, не може да создаде светлина. Меѓутоа, со поставување на третиот полароид под агол, ја зголемуваме количината на светлина што се пренесува. Овој феномен можете сами да го анализирате како вежба.
Еден од најинтересните феномени на поларизација, кој се јавува не во сложени кристали и секакви специјални материјали, туку во едноставен и многу познат случај, е рефлексијата од површината. Изгледа неверојатно, но кога се рефлектира од стакло, светлината може да стане поларизирана, а физичкото објаснување на овој факт е многу едноставно. Брустер експериментално покажа дека светлината што се рефлектира од површината е целосно поларизирана ако рефлектираните и прекршените зраци формираат прав агол. Овој случај е прикажан на сл. 33.4.
Слика 33.4. Одраз на линеарно поларизирана светлина под аголот на Брустер.
Насоката на поларизација е дадена со стрелки со точки: кружните точки ја претставуваат поларизацијата нормална на рамнината на страницата.
Ако упадниот зрак е поларизиран во рамнината на инциденца, воопшто нема да има рефлектирано зрак. Рефлектираниот зрак се јавува само ако упадниот зрак е поларизиран нормално на рамнината на падот. Причината за овој феномен е лесно да се разбере. Во рефлектирачки медиум, светлината е поларизирана нормално на насоката на движење на зракот, и знаеме дека движењето на полнежите во рефлектирачкиот медиум го генерира зракот што произлегува од него, што се нарекува рефлектирано. Појавата на овој таканаречен рефлектирачки зрак не се должи едноставно на фактот дека упадниот зрак се рефлектира; сега знаеме дека упадниот зрак го возбудува движењето на полнежите во медиумот, а тоа пак генерира рефлектирачки зрак.
Од сл. 33.4 јасно е дека само вибрациите нормално на рамнината на страницата произведуваат зрачење во насока на рефлектираниот зрак, и затоа рефлектираниот зрак е поларизиран нормално на рамнината на инциденца. Ако упадниот зрак е поларизиран во рамнината на инциденца, воопшто нема да има рефлектирано зрак.
Овој феномен може лесно да се докаже со одраз на линеарно поларизиран зрак од рамна стаклена плоча. Со ротирање на плочата под различни агли во насока на упадниот поларизиран зрак, може да се забележи нагло намалување на интензитетот под агол еднаков на аголот на Брустер. Овој пад на интензитетот се забележува само кога рамнината на поларизација се совпаѓа со рамнината на инциденца. Ако рамнината на поларизација е нормална на рамнината на палење, не се забележува забележително намалување на интензитетот на рефлектираната светлина.
Постојат два вида бранови. Во надолжните осцилаторни нарушувања се паралелни со насоката на нивното ширење. Пример е преминот на звукот низ воздухот. Попречните бранови се состојат од нарушувања кои се под агол од 90° во однос на насоката на движење. На пример, бранот кој минува хоризонтално низ водно тело предизвикува вертикални вибрации на неговата површина.
Откривање на феноменот
Голем број збунувачки оптички ефекти забележани во средината на 17 век беа објаснети кога поларизираната и природна светлина почна да се смета за брановиден феномен и беа откриени насоките на нејзините вибрации. Првиот таканаречен ефект на поларизација го открил данскиот лекар Еразмус Бартолин во 1669 година. Научникот забележал двојно прекршување, или двојно прекршување, во исландскиот спар или калцит (кристална форма на калциум карбонат). Кога светлината поминува низ калцитот, кристалот го дели, создавајќи две слики кои се поместуваат една од друга.
Њутн бил свесен за овој феномен и сугерирал дека можеби корпускулите на светлината имаат асиметрија или „едностраност“ што може да предизвика формирање на две слики. Хајгенс, современик на Њутн, можел да ја објасни двојното прекршување со неговата теорија за елементарни бранови, но тој не го разбрал вистинското значење на ефектот. Двојното прекршување остана мистерија додека францускиот физичар Аугустин-Жан Френел не предложи дека светлосните бранови се попречни. Едноставната идеја овозможи да се објасни што е поларизирано и природно и даде природна и некомплицирана основа за анализа на ефектите на поларизација.
Двојното прекршување е предизвикано од комбинацијата на две нормални поларизации, секоја со своја брзина на бранот. Поради разликата во брзината, двете компоненти имаат различни индекси на прекршување, па така тие различно се прекршуваат низ материјалот, создавајќи две слики.
Поларизирана и природна светлина: Максвелова теорија
Френел брзо разви комплексен модел на попречни бранови, што доведе до двојно прекршување и голем број други оптички ефекти. Четириесет години подоцна, електромагнетната наука елегантно ја објасни попречната природа на светлината.
Максвеловите електромагнетни бранови се составени од магнетни и електрични полиња кои осцилираат нормално на правецот на движење. Полињата се под агол од 90° едно до друго. Во овој случај, насоките на ширење на магнетните и електричните полиња формираат десен координатен систем. За бран со фреквенција ѓи должина λ (тие се поврзани со зависноста λf = в), кој се движи во позитивна x насока, полињата се опишани математички:
- E(x, t) = E 0 cos (2π x/λ- 2 π ft)y^;
- B(x, t) = B0 cos (2π x/λ- 2 π ft)з^.
Равенките покажуваат дека електричното и магнетното поле се во фаза едно со друго. Во секој даден момент во времето, тие истовремено ги достигнуваат своите максимални вредности во просторот, еднакви на E 0 и B 0. Овие амплитуди не се независни. Максвеловите равенки покажуваат дека E 0 = cB 0 за сите електромагнетни бранови во вакуум.
Насоки на поларизација
При опишувањето на ориентацијата на магнетните и електричните полиња, светлосните бранови обично укажуваат само на насоката на електричното поле. Векторот на магнетното поле се одредува со условот полињата да бидат нормални и нормални на насоката на движење. Природната и линеарно поларизираната светлина се разликува по тоа што во второто полињата осцилираат во фиксни насоки додека бранот се движи.
Можни се и други состојби на поларизација. Во случај на кружен вектор, магнетните и електричните полиња ротираат во однос на насоката на ширење со постојана амплитуда. Елиптично поларизираната светлина е средно помеѓу линеарната и кружната поларизација.
Неполаризирана светлина
Атомите на површината на загреаното влакно кои генерираат електромагнетно зрачење дејствуваат независно еден од друг. Секоја емисија може грубо да се моделира како кратки возови кои траат од 10 -9 до 10 -8 секунди. Електромагнетниот бран што произлегува од блескаво влакно е суперпозиција на овие возови, од кои секој има своја насока на поларизација. Збирот на случајно ориентирани возови формира бран, чиј вектор на поларизација се менува брзо и случајно. Таквиот бран се нарекува неполаризиран. Сè, вклучително и Сонцето, блескаво светилки, флуоресцентни светилки и пламен произведуваат такво зрачење. Меѓутоа, природната светлина често е делумно поларизирана поради повеќекратно расејување и рефлексија.
Така, разликата помеѓу поларизираната светлина и природната светлина е во тоа што во првата вибрациите се јавуваат во една рамнина.
Извори на поларизирано зрачење
Поларизирана светлина може да се произведе во случаи кога е одредена просторна ориентација. Еден пример е кога високо-енергетски наелектризирани честички се движат во магнетно поле и испуштаат поларизирани електромагнетни бранови. Постојат многу познати астрономски извори кои емитуваат природно поларизирана светлина. Тие вклучуваат маглини, остатоци од супернова и активни галактички јадра. Се проучува поларизацијата на космичкото зрачење со цел да се утврдат својствата на неговите извори.
Полароид филтер
Поларизираната и природната светлина се раздвојуваат кога се поминува низ голем број материјали, од кои најчест е полароидот, создаден од американскиот физичар Едвин Ленд. Филтерот се состои од долги синџири на јаглеводородни молекули ориентирани во една насока преку процес на термичка обработка. Молекулите селективно апсорбираат зрачење чие електрично поле е паралелно со нивната ориентација. Светлината што излегува од полароидот е линеарно поларизирана. Неговото електрично поле е нормално на насоката на молекуларната ориентација. Polaroid најде употреба во многу апликации, вклучувајќи очила за сонце и филтри кои ги намалуваат ефектите на рефлектираната и расфрлана светлина.
Природна и поларизирана светлина: Малусов закон
Во 1808 година, физичарот Етјен-Луј Малус открил дека светлината што се рефлектира од неметалните површини е делумно поларизирана. Обемот на овој ефект зависи од аголот на инциденца и индексот на рефракција на рефлектирачкиот материјал. Во еден екстремен случај, кога тангентата на аголот на инциденца на зракот во воздухот е еднаква на индексот на прекршување на рефлектирачкиот материјал, рефлектираната светлина станува целосно линеарно поларизирана. Овој феномен е познат како Брустеровиот закон (именуван по неговиот откривач, шкотскиот физичар Дејвид Брустер). Насоката на поларизација е паралелна со рефлектирачката површина. Бидејќи дневниот сјај обично се појавува кога се рефлектира од хоризонтални површини како патишта и вода, очилата за сонце често користат филтри за отстранување на хоризонтално поларизираната светлина и затоа селективно ги отстрануваат рефлексиите на светлината.
Рајли се расејува
Распрснувањето на светлината од многу мали објекти, чии димензии се многу помали од брановата должина (т.н. Рајлиово расејување по англискиот научник Лорд Рејли), исто така создава делумна поларизација. Кога сончевото зрачење минува низ земјината атмосфера, тоа се расфрла од молекулите на воздухот. Расфрлана поларизирана и природна светлина стигнува до земјата. Степенот на неговата поларизација зависи од аголот на расејување. Бидејќи луѓето не прават разлика помеѓу природна и поларизирана светлина, овој ефект обично останува незабележан. Сепак, очите на многу инсекти реагираат на тоа и тие ја користат релативната поларизација на расеаното зрачење како алатка за навигација. Вообичаен филтер за фотоапарат кој се користи за намалување на зрачењето на позадината при силна сончева светлина е едноставен линеарен поларизатор што ја дели природната и поларизираната светлина од Рејли.
Анизотропни материјали
Ефектите на поларизација се забележани кај оптички анизотропни материјали (во кои поларизацијата се менува со правецот), како што се двократните кристали, некои биолошки структури и оптички активни материјали. Технолошките апликации вклучуваат поларизирачки микроскопи, дисплеи со течни кристали и оптички инструменти кои се користат за истражување на материјали.
Светлината емитирана од поединечен атом е електромагнетен бран, т.е. комбинација од два попречни меѓусебно нормални бранови - електрични (формирани со осцилација на векторот на јачината на електричното поле и магнетна (формирана од осцилација на векторот на јачината на магнетното поле што се протега долж заедничка права линија наречена светлосен зрак (сл. 337) ).
Зракот (светлина) во кој електричните осцилации се случуваат цело време во една и само една рамнина се нарекува поларизиран зрак (светлина); Се разбира, во овој случај, магнетни осцилации се случуваат во друга (нормална) рамнина (наречена рамнина на поларизација на светлината). Од оваа дефиниција произлегува дека светлината емитирана од поединечен атом е поларизирана (барем во текот на целиот период на зрачење на овој атом).
Искуството и теоријата покажуваат дека хемиските, физиолошките и другите видови на ефекти на светлината врз материјата се предизвикани главно од електрични вибрации. Затоа, а исто така и за да ги поедноставиме цртежите што прикажуваат светлосен бран (или зрак), отсега натаму ќе зборуваме само за електрични осцилации, а рамнината во која тие се појавуваат ќе се нарекува рамнина на осцилации на светлината или едноставно рамнина на осцилации. Тогаш зракот на поларизирана светлина може шематски да се прикаже како на сл. 338, a (зракот е нормален на рамнината на цртежот; векторите одговараат на амплитудните вредности на јачината на електричното поле
Во пракса, никогаш не се среќаваме со светлина од еден поединечен атом, бидејќи секој вистински извор на светлина (светло тело) се состои од многу атоми кои емитираат случајно, односно емитуваат светлосни бранови со сите можни ориентации на рамнината на вибрации. Овие бранови се наметнуваат еден на друг, како резултат на што секој зрак што произлегува од реален (природен) извор на светлина ќе одговара на многу различно ориентирани рамнини на осцилација (сл. 338, б). Таквиот зрак (светлина) е неполаризиран и се нарекува природен зрак (светлина).
Вообичаено, интензитетот на зрачењето од секој од атомите што сочинуваат светлечко тело е, во просек, ист; затоа, природната светлина ги има истите амплитудни (максимални) векторски вредности во сите рамнини на вибрации. Сепак, има случаи кога вредностите на амплитудата на векторот на светлосниот зрак не се исти за различни рамнини на осцилација; таквиот зрак се нарекува делумно поларизиран. На сл. 338, c покажува делумно поларизиран зрак, во кој осцилациите се случуваат претежно во вертикалната рамнина.
За разлика од природната светлина, поларизираната светлина се карактеризира не само по интензитет (во зависност од амплитудата на јачината на полето и бојата (во зависност од брановата должина X), туку и по положбата
рамнина на осцилација. Затоа, на пример, поларизираните зраци 1, 2 и 3 (сл. 339), чиј интензитет и боја се исти, не се идентични едни со други. Меѓутоа, човечкото око не ја открива разликата помеѓу поларизираните зраци кои имаат различни ориентации на рамнината на вибрации и генерално не ја разликува поларизираната светлина од природната светлина.
Природната светлина може да се поларизира, односно да се претвори во поларизирана светлина. За да го направите ова, неопходно е да се создадат услови под кои може да се појават осцилации на векторот на јачината на електричното поле само по една специфична насока. Таквите услови може, на пример, да се појават кога природната светлина поминува низ медиум кој е анизотропен во однос на електричните вибрации. Како што е познато, анизотропијата е карактеристична за кристалите (види § 51). Затоа, можеме да очекуваме поларизација на светлината што минува низ кристалот. Навистина, искуството покажува дека многу природни и вештачки создадени кристали ја поларизираат природната светлина што минува низ нив.
Во најопшта смисла, физичката суштина на процесот на поларизација на светлината што минува низ кристал е како што следува. Според електромагнетната теорија на Максвел (види § 105), наизменичното електрично поле на светлосниот бран предизвикува наизменична поларизациска струја во кристален диелектрик, односно наизменично поместување на наелектризираните честички (атоми, јони) кои ја сочинуваат кристалната решетка. Струјата на поларизација генерира топлина од џул; Следствено, конверзијата на светлосната енергија во топлина се случува во кристалот.
Поради анизотропијата на кристалот, можното поместување на неговите честички, а со тоа и јачината на струјата на поларизација, се покажува дека е различно за различни рамнини на кристалната решетка. Очигледно е дека светлосниот бран кој патува во рамнина што одговара на значителни можни поместувања на честичките предизвикува силна струја на поларизација и затоа е речиси целосно апсорбиран од кристалот. Ако светлосниот бран патува во рамнина што одговара на мали поместувања на честички, тогаш предизвикува слаба поларизациска струја и поминува низ кристалот без значителна апсорпција.
Така, од електричните вибрации на природната светлина, кои ги имаат сите можни насоки, низ кристалот минуваат само оние што се јавуваат во рамнината што одговара на минимумот на струјата на поларизација (без апсорпција); преостанатите вибрации се ослабени до еден или друг степен, бидејќи само нивните проекции на оваа рамнина минуваат низ кристалот. Како резултат на тоа, светлината што минува низ кристалот претрпува електрични осцилации само во една специфична рамнина, односно светлината се покажува како поларизирана.
Природните кристали кои ја поларизираат светлината вклучуваат, на пример, турмалин. Природен зрак што минува низ турмалинска плоча, исечена паралелно со оптичката оска на кристалот, е целосно поларизиран и има електрични вибрации само во главната рамнина во рамнината што ги содржи оптичката оска и зракот (сл. 340).
Во секој кристал има насока во однос на која атомите (или јоните) на кристалната решетка се наоѓаат симетрично; се нарекува оптичка оска на кристалот. Да нагласиме дека оптичката оска не е само една линија, туку одредена насока во кристалот; сите прави линии повлечени паралелно со оваа насока во кристалот се оптички оски.
Ако природен зрак оди по оптичката оска, тогаш сите негови електрични вибрации се нормални на него. Во овој случај (поради симетричното распоредување на кристалните честички во однос на оптичката оска), сите електрични вибрации се случуваат под исти услови и сите тие поминуваат низ кристалот. Затоа, природниот зрак што патува по оптичката оска не е поларизиран. За сите други насоки на зракот, се јавува неговата поларизација.
Ако втора турмалинска плоча 2 е поставена зад плочата 1, ориентирана така што нејзината оптичка оска е нормална на оптичката оска на плочата, тогаш зракот нема да помине низ втората плоча (бидејќи неговите електрични вибрации се нормални на главната рамнина на плоча 2). Ако оптичките оски на плочите 1 и 2 направат агол различен од тогаш светлината (зракот) поминува низ плочата 2. Меѓутоа, како што следува од сл. 341, амплитудата на светлосните вибрации што минуваат низ плочата 2 ќе биде помала од амплитудата на светлосните вибрации што се случуваат на оваа плоча:
Бидејќи интензитетот на светлината е пропорционален на квадратот на амплитудата на светлосните вибрации, тогаш
каде што интензитетот на падот на светлината на плочата 2, Y е интензитетот на светлината што минува низ оваа плоча. Врската (12) се нарекува Малусов закон.
Така, ротацијата на плочата 2 околу поларизираниот зрак е придружена со промена на интензитетот на светлината што минува низ оваа плоча; максималниот интензитет се јавува на минимум (што одговара на целосно гаснење на светлината) - на
Плочата 7, која ја поларизира природната светлина, се нарекува поларизатор, а плочата 2, преку која се менува интензитетот на поларизираната светлина (и со тоа го открива фактот на поларизација), се нарекува анализатор. Јасно е дека двете плочи се сосема исти (тие може да се заменат); Овие имиња ја карактеризираат само целта на записите.
Треба да се напомене дека турмалинот има значителна селективна апсорпција - пренесува претежно зелено светло; Ова е недостаток на турмалинот како поларизатор (и анализатор).
Во последниве години, таканаречените полароиди (поларизирачки филтри) се широко користени за поларизирање на светлината. Polaroid е проѕирен полимерен филм приближно дебел кој содржи многу мали вештачки кристали - поларизатори, на пример кристали на херапатит (хинин јодид сулфат). Оптичките оски на сите кристали на херапатит се ориентирани во иста насока за време на процесот на производство на полароидот. Полароидниот филм е релативно евтин, многу флексибилен, има голема површина и има речиси иста (незначителна) апсорпција за сите бранови должини на видлива светлина.
Една од интересните практични примени на Polaroid е неговата употреба во возилата за заштита на возачите од отсјајот на предните фарови што доаѓаат. За таа цел, на шофершајбната и стаклата на фаровите се залепени полироидни филмови, чии оптички оски се паралелни и прават 45° со хоризонтот. Потоа, како што може да се види на сл. 342, оптичката оска на полароидот на шофершајбната на еден автомобил ќе биде нормална на оптичката
Полароидни оски на фаровите на автомобилот што доаѓа (ориентацијата на оптичките оски е прикажана на сликата со стрелки). Според законот на Малус, со таква ориентација на оптичките оски на полароидите, поларизираното светло на фаровите нема да помине низ шофершајбната на автомобилот што доаѓа; затоа, возачот практично не ги гледа фаровите на автомобилите што доаѓаат (но, се разбира, тој ќе ги види овие автомобили во фаровите на неговиот автомобил).
Денес ќе ја откриеме суштината на брановата природа на светлината и поврзаниот феномен „степен на поларизација“.
Способност за гледање и осветлување
Природата на светлината и способноста за гледање поврзани со неа ги возбудува човечките умови долго време. Старите Грци, обидувајќи се да ја објаснат визијата, претпоставувале: или окото испушта одредени „зраци“ кои ги „чувствуваат“ околните предмети и со тоа му кажуваат на човекот нивниот изглед и облик, или самите работи испуштаат нешто што луѓето го фаќаат и проценуваат како функционира сè. Се покажа дека теориите се далеку од вистината: живите суштества гледаат благодарение на рефлектираната светлина. Од свесноста за овој факт до способноста да се пресмета колку е еднаков степенот на поларизација, остана само еден чекор - да се разбере дека светлината е бран.
Светлината е бран
Подетално проучување на светлината откри дека во отсуство на пречки, таа се шири во права линија и не се врти никаде. Ако непроѕирна пречка се најде на патот на зракот, тогаш се формираат сенки, а луѓето не беа заинтересирани за тоа каде отиде самата светлина. Но, штом зрачењето се судри со проѕирен медиум, се случија неверојатни работи: зракот го промени правецот на ширење и се затемни. Во 1678 година, Х. Хајгенс сугерираше дека ова може да се објасни со еден единствен факт: светлината е бран. Научникот го формираше принципот на Хајгенс, кој подоцна беше дополнет од Френел. Благодарение на што денес луѓето знаат да го одредат степенот на поларизација.
Принципот Хајгенс-Френел
Според овој принцип, секоја точка во медиумот до која стигнал брановиот фронт е секундарен извор на кохерентно зрачење, а обвивката на сите фронтови на овие точки делува како брановиот фронт во следниот момент во времето. Така, ако светлината се шири без пречки, во секој следен момент брановиот фронт ќе биде ист како и во претходниот. Но, штом зракот наиде на пречка, стапува на сила уште еден фактор: во различни медиуми, светлината се шири со различни брзини. Така, фотонот кој успеал прв да стигне до друг медиум ќе се шири низ него побрзо од последниот фотон од зракот. Следствено, брановиот фронт ќе се навалува. Степенот на поларизација сè уште нема никаква врска со тоа, но едноставно е неопходно целосно да се разбере овој феномен.
Време на процесот
Вреди да се каже одделно дека сите овие промени се случуваат неверојатно брзо. Брзината на светлината во вакуум е триста илјади километри во секунда. Секој медиум ја успорува светлината, но не многу. Времето кое е потребно за да се изобличи брановиот фронт кога се движи од еден медиум во друг (на пример, од воздух во вода) е исклучително кратко. Човечкото око не може да го забележи тоа, а малку уреди се способни да снимаат толку кратки процеси. Значи феноменот треба да се сфати чисто теоретски. Сега, целосно разбирајќи што е зрачење, читателот ќе сака да разбере како да го најде степенот на поларизација на светлината? Да не ги лажеме неговите очекувања.
Поларизација на светлината
Веќе споменавме погоре дека во различни медиуми, фотоните на светлината имаат различни брзини. Бидејќи светлината е попречен електромагнетен бран (тоа не е кондензација или рефлексија на медиум), таа има две главни карактеристики:
- бран вектор;
- амплитуда (исто така
Првата карактеристика покажува каде е насочен светлосниот зрак и се појавува вектор на поларизација, односно во која насока е насочен векторот на јачината на електричното поле. Ова овозможува да се ротира околу векторот на бранот. Природната светлина, како онаа што ја емитува Сонцето, не е поларизирана. Осцилациите се распоредени во сите правци со еднаква веројатност.
Видови на поларизирана светлина
Пред да научите како да ја пресметате формулата за степенот на поларизација и да направите пресметки, вреди да се разбере какви видови поларизирана светлина постојат.
- Елиптична поларизација. Крајот на брановиот векторот на таква светлина опишува елипса.
- Линеарна поларизација. Ова е посебен случај на првата опција. Како што имплицира името, сликата е една насока.
- Кружна поларизација. На друг начин се нарекува и кружен.
Секоја природна светлина може да се претстави како збир од два меѓусебно нормални поларизирани елементи. Вреди да се запамети дека два перпендикуларно поларизирани бранови не комуницираат. Нивното мешање е невозможно, бидејќи од гледна точка на интеракцијата на амплитудите тие се чини дека не постојат едни за други. Кога ќе се сретнат, едноставно продолжуваат понатаму без да се менуваат.
Делумно поларизирана светлина
Примената на ефектот на поларизација е огромна. Со сјаење на природна светлина врз објект и примање делумно поларизирана светлина, научниците можат да ги проценат својствата на површината. Но, како можеме да го одредиме степенот на поларизација на делумно поларизираната светлина?
Постои формула на Н.А. Умова:
P=(I лента -I парови)/(I лента +I парови), каде што I лента е интензитетот на светлината во насока нормална на рамнината на поларизаторот или рефлектирачката површина, а I пар е паралелна. Вредноста на P може да земе вредности од 0 (за природна светлина, без никаква поларизација) до 1 (за рамно поларизирано зрачење).
Дали природната светлина може да се поларизира?
Прашањето е чудно на прв поглед. На крајот на краиштата, зрачењето во кое нема специфични насоки обично се нарекува природно. Сепак, за жителите на површината на Земјата ова е во извесна смисла приближна вредност. Сонцето произведува струја од електромагнетни бранови со различна должина. Ова зрачење не е поларизирано. Но, поминувајќи низ дебел слој на атмосферата, зрачењето добива мала поларизација. Значи, степенот на поларизација на природната светлина воопшто не е нула. Но, вредноста е толку мала што често се занемарува. Се зема предвид само во случај на прецизни астрономски пресметки, каде што најмала грешка може да додаде години или растојание од ѕвездата до нашиот систем.
Зошто светлината е поларизирана?
Честопати кажавме погоре дека фотоните се однесуваат поинаку во различни медиуми. Но, тие не спомнаа зошто. Одговорот зависи од тоа за каква средина зборуваме, со други зборови, во каква состојба на агрегација се наоѓа.
- Медиумот е кристално тело со строго периодична структура. Обично структурата на таква супстанција е претставена како решетка со стационарни топчиња - јони. Но, генерално, ова не е сосема точно. Ова приближување е често оправдано, но не и во случај на интеракција помеѓу кристал и електромагнетно зрачење. Всушност, секој јон осцилира околу својата рамнотежна положба, не хаотично, туку во согласност со тоа какви се неговите соседи, на кои растојанија се наоѓаат и колку ги има. Бидејќи сите овие вибрации се строго програмирани од цврстиот медиум, овој јон е способен да емитува апсорбиран фотон само со строго дефинирана форма. Овој факт доведува до друг: каква ќе биде поларизацијата на излезниот фотон зависи од насоката во која тој влегол во кристалот. Ова се нарекува анизотропија на својството.
- Медиумот е течен. Овде одговорот е покомплициран, бидејќи работат два фактори - сложеноста на молекулите и флуктуациите (кондензација-реткост) на густината. Сами по себе, сложените долги органски молекули имаат специфична структура. Дури и наједноставните молекули на сулфурна киселина не се хаотичен сферичен тромб, туку многу специфична форма во облик на крст. Друга работа е што во нормални услови сите тие се лоцирани хаотично. Меѓутоа, вториот фактор (флуктуација) е способен да создаде услови под кои мал број на молекули формираат нешто како привремена структура во мал волумен. Во овој случај, или сите молекули ќе бидат ко-насочени или ќе бидат лоцирани релативно едни на други под одредени агли. Ако светлината помине низ таков дел од течноста во овој момент, таа ќе добие делумна поларизација. Следи дека температурата во голема мера влијае на поларизацијата на течноста: колку е повисока температурата, толку посилни се турбуленциите и толку повеќе ќе се формираат такви области. Последниот заклучок постои благодарение на теоријата за самоорганизација.
- Средно - гас. Во случај на хомоген гас, поларизацијата се јавува поради флуктуации. Затоа природната светлина на Сонцето, минувајќи низ атмосферата, добива мала поларизација. И затоа бојата на небото е сина: просечната големина на набиените елементи е таква што електромагнетното зрачење од сини и виолетови бои се расфрла. Но, ако имаме работа со мешавина на гасови, тогаш пресметувањето на степенот на поларизација е многу потешко. Овие проблеми често ги решаваат астрономите кои ја проучуваат светлината на ѕвездата што минува низ густ молекуларен облак од гас. Затоа е толку тешко и интересно да се проучуваат далечните галаксии и јата. Но, астрономите се справуваат и им даваат на луѓето неверојатни фотографии од длабоката вселена.
Природната светлина е оптичко зрачење со брзо и случајно менување на насоките на електричниот магнетен интензитет. полиња, а сите правци на осцилациите нормални на светлосните зраци се подеднакво веројатни.
Поларизирана - светлина во која на некој начин се подредени насоките на осцилациите на светлосниот вектор.
Делумно поларизирана светлина - ако, како резултат на какви било надворешни влијанија, се појави доминантна насока на осцилациите на векторот Е.
Рамно-поларизирано - ако осцилациите на векторот Е се случуваат само во една рамнина.
Интензитетот на светлината по поларизаторот е одреден со Малусовиот закон. I=I 0 *cos 2 α 
I 0 - интензитет пред поларизаторот; I – интензитет по поларизаторот; α е аголот помеѓу векторот Е и рамнината на поларизација.
Дозволете природна светлина да падне на 2 поларизатори.
Јас 1 =1/2*Јадам
I 2 =1/2*Јадам *cos 2 α=I 1 *cos 2 α
Степен на поларизација на зракот Δ=(Imax-Imin)/(Imax*Imin)
22. Поларизација на светлината при рефлексија и прекршување. Брустеровиот закон.
Поларизираната светлина може да се произведе со користење на рефлексија или прекршување на светлината од диелектрични изотропни медиуми. Ако аголот на инциденца на светлината на интерфејсот помеѓу два диелектрика е ненула, рефлектираните и прекршените зраци се делумно поларизирани. Степенот на поларизација на двата зраци зависи од аголот на пад на зракот. За секој пар на транспарентни медиуми постои агол на инциденца при кој рефлектираната светлина станува целосно рамно-поларизирана, а прекршениот зрак останува делумно поларизиран, но степенот на неговата поларизација на овој агол е максимален. Овој агол се нарекува Брустеров агол. Аголот Брустер се одредува од условот: tgφ Br =n 21 =n 2 /n 1 
23. Природна и поларизирана светлина. Ротација на рамнината на поларизација.
Рамнината во која осцилира векторот E се нарекува рамнина на осцилација, а векторот H се нарекува рамнина на поларизација.
Ако осцилациите на векторот Е се подредени на кој било начин, светлината се нарекува поларизирана. Ако во една рамнина - рамно-поларизирана.
Ако вибрациите на E во една рамнина преовладуваат над другите, светлината е делумно поларизирана.
При природна светлина, векторот Е не доживува асиметрија во однос на насоката на ширење на зракот.
Рамнинска поларизирана светлина се добива со помош на уреди наречени поларизатори.
Интензитетот на светлината на полето на поларизаторите се одредува според Малусовиот закон: I=I o COS 2 α, каде што I o е интензитетот пред поларизаторот, I е после, α е аголот помеѓу E и рамнината на поларизација.
Степенот на поларизација на зракот е вредност еднаква на: Δ=(I max -I min)/(I max +I min)
За природна светлина Δ=0, за рамна поларизирана светлина Δ=1, за делумно поларизирана светлина 0<Δ<1.
Рамна поларизирана светлина се добива со рефлексија од интерфејсот помеѓу два медиума ако аголот на инциденца е еднаков на аголот на Брустер: tanα br =n 21 =n 2 /n 1
Кога светлината поминува низ оптички активна супстанција, векторот Е се ротира. Овој феномен се нарекува ротација на рамнината на поларизација.
Агол на ротација на рамнината на поларизација за кристали и чисти течности: ϕ=αd; за решенија: ϕ=[α]cd, каде што d е растојанието поминато од светлината во оптички активна супстанција, a ([a]) е таканаречената специфична ротација, нумерички еднаква на аголот на ротација на рамнината на поларизација на светлина од слој од оптички активна супстанција со единица дебелина (единечна концентрација - за раствори), C - масовна концентрација на оптички активна супстанција во раствор, kg/m3. Специфичната ротација зависи од природата на супстанцијата, температурата и брановата должина на светлината во вакуум.
Феноменот на ротација на рамнината на поларизација може да се објасни со користење на две претпоставки на Френел:
Секој рамномерен поларизиран бран може да се претстави како 2 бранови поларизирани во круг со десна и лева ротација
Брзините на ротација во оптички активна супстанција се различни.