10 Лекция. Жарықтың поляризациясы

10.1 Малюс заңы

10.2. Поляризациялық призмалар және поляроидтар

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді. Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды.

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толық поляризацияланған жарық деп атайды. Бұл б – суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. в – суретте көрсетілген. Оны в – суреттегідей штрихталған пластинка түрінде бейнелейік. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ол г – суретте көрсетілген. Ал анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігіМалюс заңымен анықталады.

мұндағы I₀ – анализаторға түскен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі.

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді.

Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды (10.1а-сурет).

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толық поляризацияланған жарық деп атайды. Бұл (10.1 б– суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық

анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ал анализатор мен поляризатордың

10.1-сурет. өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады.

мұндағы I₀ – анализаторға түскен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі.

Жарық диэлектриктен шағылғанда және сынғанда поляризацияланады. Ол үшін мынадай шарт керек: сәуленің түсу бұрышының тангенсінің шекарасынан шағылатын ортаның салыстырмалы сыну көрсеткішіне тең болуы (сонда шағылған жарық толық поляризацияланады) (Брюстер заңы)

tg i = n₂₁ мұндағы i – Брюстер бұрышы деп аталады.

10.2-сурет.

Жарық Брюстер бұрышымен түскенде шағылған және сынған сәулелер тік бұрыш түзеді.

Табиғи жарық сәулесі исландия шпатына түскенде сәуле қосарлана сынады. Сәуле екіге бөлінеді. Олардың бірі үйреншікті сәуле, екіншісі үйреншікті емес сәуле деп аталады. Үйреншікті сәуле кристалға енгенде және одан шыққанда сыну заңына бағынады. Ол үшін исландия шпатындағы сыну көрсеткіші n₄=1,659

Үйреншікті емес сәуле үшін сыну көрсеткіші тұрақты емес, ол сәуленің бағытына байланысты.

Үйреншікті және үйреншікті емес сәулелерді бірөбірінен бөлу үшін Пиколь призмасы немесе жай ғана «николь» пайдаланылады.

Николь призмасы әуелі кесілген, сосын «канадтық бальзаммен» желімденген исландия шпаты кристалының екі бөлігінен тұрады.

Табиғи жарық Николь призмасына енгенде үйреншікті және үйреншікті емес екі сәулеге бөлінеді. Біріншісі канадтық бальзам қабатында толық іштей шағылады. Өйткені оның сыну көрсеткіші (1,659) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен үлкен (1,549), ал сәуленің шекараға түсу бұрышы кесу арқылы шекті бұрыштан үлкен етіліп алынған.

Үйреншікті емес сәуле канадтық бальзам арқылы толық іштей шағылуға ұшырамай өтеді. Өйткені ол үшін таралудың берілген бағытында сыну көрсеткіші (1,515) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен аз болады.

Қосарлана сыну турмалин кристалдарында да байқалады. Бірақ үйреншікті сәуле үшін жұтылу көп болғандықтан қалыңдығы 1мм турмалин пластинкаларынан (поляроидтарынан) іс жүзінде тек жазық поляризацияланған үйреншікті емес сәуле ғана шығады. Поляроид герапатиттің дихроидтық затының (иод ө ханин күкірт қышқылының) қабыршығы болып табылады. Қалыңдығы шамамен 0,1мм герапатит кристалигі іс жүзінде табиғи жарықты толық поляризациялайды. Поляроидтың целлулоидтың табанына герапатиттің бағдарланған ұсақ кристалдарының жиынтығы енгізіледі.

1875ж. И.Керр электр өрісінің әсерінен сұйық диэлектриктерде анизотропияның пайда болатындығын байқаған.

Сұйығы бар конденсатор айқасқан екі никольдың арасына орналастырылады. Николдардың бас жазықтықтары Е кернеулігінің бағытымен 45-қа тең бұрыш жасайды. Өріс жоқ та жүйе жарық өткізбейді. Өріс болған жағдайда Керр конденсаторынан шыққан жарық эллипстік поляризацияланады.

Толқын ұзындығы монхроматтық жарық үшін үйреншікті және үйреншікті емес сәулелердің сыну көрсеткіштерінің айырымы (n_ү-n_e) E²-қа пропорционалболады. ( Керр эффектсі): (n_ү-n_e)=кЕ²

Сондықтан сәулелердің жолда алған жүрістерінің толқын ұзындықта өрнектелген айырымы мынадай болады:мұндағы В=к/- Керр тұрақтысы.