13. Поляризация.

П усть по упругому шнуру бежит поперечная волна. Если на ее пути поставить прибор, образованный двумя параллельными досками, то при совпадении плоскости колебаний шнура и щели волна пройдет через прибор. Если к прибору подойдут две волны с перпендикулярными плоскостями колебаний, то пройдет только та, чья плоскость совпадет с плоскостью щели. После прибора будет наблюдаться волна, которая называется плоско поляризованная, а прибор будет называться поляризатором. Если к генератору электромагнитных колебаний подключить антенну и с помощью такой антенны принимать полученные электромагнитные волны, то максимально лучший прием, лампочка горит ярко, возможен при параллельности осей антенн, а минимальный, когда они перпендикулярны, т.е. при совпадении оси принимающей антенны и плоскости колебаний, вектора напряженности электрического поля волны. Электромагнитные волны поляризованы.

Рисунок 8 Исследование механических напряжений в поляризованном свете

Рисунок 7 Поляризаторы

Излучение света происходит атомами. Свет – поток квантов. У каждого кванта свое направление напряжённости электрического поля, поэтому, в общем случае свет является неполяризованным. Однако есть кристаллы, которые пропускают кванты только с одной пространственной ориентацией вектора Е, например кристаллы турмалина, все другие поглощают, поэтому, пройдя через такой кристалл - поляризатор, свет становится поляризованным. Это легко доказать: поставим еще один кристалл турмалина и будем его вращать. В определенном положении, свет не будет проходить через второй кристалл, т.е. вектор напряжённости электрического поля квантов перпендикулярен оси кристалла. Второй кристалл будет называться анализатором. Частичная поляризация наблюдается при отражении и преломлении света. Некоторые вещества способны вращать плоскость поляризации, например, раствор сахара, угол поворота при этом зависит от концентрации раствора. Поляризация применяется для изучения механических напряжений возникающих в деталях при деформации, в стереокино, для определения концентрации вещества в растворе и т.д.

Регулировка освещения и гашение бликов. Одно из распространенных применений поляризованного света — регулировка интенсивности освещения. Пара поляризаторов позволяет плавно изменять интенсивность освещения в огромных пределах — до 100 000 раз.

Поляризованный свет часто используется для гашения света, зеркально отраженного от гладких диэлектрических поверхностей. На этом принципе устроены, например, поляроидные солнечные очки. Когда естественный неполяризованный свет падает на поверхность водоема, часть его зеркально отражается и при этом поляризуется. Этот отраженный свет мешает видеть предметы, расположенные под водой. Если смотреть на воду через соответствующим образом ориентированный поляризатор, то большая часть зеркально отраженного света будет поглощаться, и видимость подводных объектов значительно улучшится. При наблюдении через такие очки «шум» — свет, отраженный от поверхности, — уменьшается в 5—20 раз, а «сигнал» — свет от подводных объектов — уменьшается всего в 2—4 раза. Таким образом, отношение сигнала к «шуму» значительно возрастает.

Поляризационная микроскопия. В ряде исследований широко применяется поляризационная микроскопия. Поляризационный микроскоп снабжен двумя поляризационными призмами или двумя поляроидами. Один из них — поляризатор — расположен перед конденсором, а второй — анализатор — за объективом. В последние годы в поляризационные микроскопы вводят специальные поляризационные компенсаторы, значительно повышающие чувствительность и контраст. С помощью микроскопов с компенсаторами были обнаружены и сфотографированы такие мелкие и неконтрастные объекты, как внутриклеточные двоякопреломляющие структуры и детали строения ядер клетки, которые невозможно обнаружить другим способом.

Усиление контраста. Поляризационные фильтры часто используют для повышения контраста прозрачных и малоконтрастных элементов. Так, например, их применяют при фотосъемке облачного неба с целью усиления контраста между облаками и чистым небом. Свет, рассеянный облаками, почти совсем не поляризован, свет же ясного голубого неба поляризован значительно. Применение поляризационных фильтров является самым эффективным средством усиления контраста.

Кристаллографические исследования и фотоупругий анализ. В кристаллографии поляризационные исследования проводят особенно часто. Многие кристаллы и ориентированные полимерные материалы обладают значительным двойным лучепреломлением и дихроизмом. Изучая эти характеристики и определяя направление соответствующих осей, можно проводить идентификацию материалов, а также получать данные о химической структуре новых веществ.

О собое значение в технике имеет фотоупругий анализ. Это метод, позволяющий по сдвигу фаз судить о механических напряжениях. Для проведения фотоупругого анализа исследуемую деталь изготовляют из прозрачного материала с высоким коэффициентом фотоупругости. Основная часть установки для фотоанализа — полярископ, состоящий из осветительной системы, поляризатора, анализатора и окуляра. Если плоскую стеклянную полосу подвергнуть растяжению, то стекло окажется несколько деформированным, в нем возникнут механические напряжения. Вследствие этого оно станет двоякопреломляющим и будет сдвигать фазу световой волны. Измеряя сдвиг фазы, можно определить величину напряжения.

Метод фотоупругого анализа может быть применен и в офтальмологии, так как в оболочках глаза обнаружены фотоупругие явления.

Вопросы;

1. Какие волны называются поляризованными?

2. Как отличить поляризованный свет от не поляризованного?

3. Где применяется поляризованный свет?