Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – это прозрачная пластинка, имеющая множество параллельных непрозрачных штрихов (царапин). Расстояние между центрами соседних щелей – это постоянная решетка (период). Поток параллельных лучей, падающих на дифракционную решетку, дают на экране спектр, состоящий из множества min и max спектров. Максимальные спектры называют главными, их дифракция определяется формулой:

Kλ=dsinα

K - порядок спектра (его номер);

λ - длина волны;

d - постоянная решетки;

α - угол дифракции.

5. Поляризация волн

В общем случае волна может колебаться в различных плоскостях, в

различных направлениях колебаний. Такая волна называется естественной или неполяризованной. Но если волна колеблется только в одной плоскости, то такая волна называется плоскополяризованной (поляризованной).

О бозначаются:

- плоскополяризованная волна;

- естественная волна.

Если навстречу механической волне будет поставлена щель, то после

щели волна будет поляризованной.

П А

П – поляризатор – устройство, делающее волну поляризованной. Далее можно поставить вторую щель, через которую поляризованная волна может проходить полностью или частично, либо она вообще не проходит, в зависимости от угла поворота между анализатором и поляризатором. Вторая щель (А) – анализатор – устройство, позволяющее судить, какой её угол с поляризатором и какая волна проходит через него. При этом амплитуда колебаний волн меняется по зависимости:

A=A₀ cosα, где:

А – амплитуда после анализатора;

А₀ – амплитуда до анализатора;

α – угол между поляризатором и анализатором.

Поляризация света

Электромагнитная волна имеет две составляющие – это напряжен-ность электрического поля и – напряженность магнитного поля. Они взаимно перпендикулярны в каждой волне, и о поляризованности световой волны принято определять по вектору .

Каждый атом в отдельности испускает поляризованную волну, а вещество в целом, имеющее множество атомов, дает естественную или неполяризованную волну.

7. Интенсивность волны

Интенсивность волны пропорциональна квадрату амплитуды.

I пропорционально А², поэтому I=I₀ cos² α – закон Малюса

I₀ – интенсивность до анализатора;

I – интенсивность после анализатора.

Закон Брюстера

П усть свет идет из оптически менее плотной в оптически более плотную среду.

α₀

α - угол падения;

α₀ – угол отражения;

γ – угол преломления.

Каждый луч, отражаясь или преломляясь, будет частично поляризоваться, а полная поляризация отраженного луча наступает при условии:

tgα₀= n – при этом условии идет полная поляризация отраженного луча.

8. Двойное лучепреломление

Двойное лучепреломление - разделение пучка света в анизотропной среде (например, в кристалле) на две части, распространяющиеся с разными скоростями и поляризованными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Двойное лучепреломление впервые обнаружено и описано профессором Копенгагенского университета Э. Бартолином в 1669 в кристалле исландского шпата.

Многие кристаллы, кроме кристаллов кубической системы, имеют свойство разделяться на два луча: обыкновенный и необыкновенный.

e – необыкновенный луч;

О – обыкновенный луч.

кристалл

Если световой пучок падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то он распадается на 2 пучка, один из которых продолжает путь без преломления, как и в изотропной среде, другой же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света. Соответственно этому лучи первого пучка называются обыкновенными, второго — необыкновенными. Угол, образуемый обыкновенным и необыкновенным лучами, называется углом двойного преломления. Если в случае перпендикулярного падения пучка поворачивать кристалл вокруг пучка, то след обыкновенного луча остаётся на месте, в центре, а след необыкновенного луча вращается по кругу. Такое можно наблюдать и при наклонном падении пучка света на поверхность кристалла.

В исландском шпате и некоторых других кристаллах существует только одно направление, вдоль которого не происходит двойное лучепреломление. Оно называется оптической осью кристалла, а такие кристаллы — одноосными. Направление колебаний электрического вектора у необыкновенного луча лежит в плоскости главного сечения (проходящей через оптическую ось и световой луч), которая является плоскостью поляризации. Нарушение законов преломления в необыкновенном луче связано с тем, что скорость распространения необыкновенной волны, а, следовательно, и её показатель преломления не зависят от направления. Для обыкновенной волны, поляризованной в плоскости, перпендикулярной главному сечению, показатель преломления не одинаков для всех направлений. В прозрачных кристаллах интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей практически одинаковы, если падающий свет был естественным. Выделив диафрагмой один из лучей, получившихся при двойном лучепреломлении, и пропустив его через второй кристалл, можно снова получить двойное лучепреломление. Однако интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей в этом случае будут различны, т. к. падающий луч поляризован. Отношение интенсивностей зависит от взаимной ориентации кристаллов — от угла j, образуемого плоскостями главных сечений того и другого кристалла (плоскости, проходящие через оптическую ось и световой луч).

Если j = 0° или 180°, то остаётся только обыкновенный луч. При j = 90°, наоборот, остаётся только луч необыкновенный. При j = 45° интенсивность обоих лучей одинакова.

В общем случае кристалл может иметь две оптических оси, т. е. два направления, вдоль которых двойное лучепреломление отсутствует. В двуосных кристаллах оба луча, появляющиеся при двойном лучепреломлении, ведут себя, как необыкновенные. Электрическое поле световой волны E, проникая в вещество, вызывает вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах среды. Колеблющиеся электроны, в свою очередь, являются источником вторичного излучения света. Таким образом, прохождение световой волны через вещество - результат последовательного переизлучения света электронами. В анизотропном веществе колебания электронов легче возбуждаются в некоторых определённых направлениях.

Поэтому волны с различной поляризацией будут распространяться в анизотропном веществе с разными скоростями. Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается в искусственно анизотропных средах (в стеклах, жидкостях и др.), помещенных в электрическое поле, в магнитное поле, под действием механических напряжений и т.п. В этих случаях среда становится оптически анизотропной, причём оптическая ось параллельна направлению электрического поля, магнитного поля и т.п.

При этом обыкновенные лучи подчиняются законам оптики, анеобыкновенные не подчиняются им. Причина анизотропии – неравенство физических свойств различных направлений. Это явление используется в устройстве поляризатора (поляроид целлулоидная пленка, которая содержит йодиды).

Второй тип поляризатора – призма никеля, которая представляет собой призму исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную специальным бальзамом.

Обыкновенный луч падает на призму под углом большим, чем предельный, отражается от плоскости склейки и поглощается зачерненной поверхностью. Необыкновенный луч падает под углом меньшим, чем предельный, и поэтому почти не изменяя своего направления выходит из призмы поляризованным.