Лекція XVIII тема: електромагнітні хвилі в речовині

ПЛАН

1. Звичайне та поляризоване світло. Закони Брюстера і Малюса.

2. Подвійне променезаломлення.

3. Ефект Керра.

4. Дисперсія світла.

5. Поглинання світла. Закон Бугера Ламберта.

1.Поляризація  фізична характеристика оптичного випромінювання, що описує поперечну анізотропію світлових хвиль.

Звичайне світло - світло, яке випромінюється будь-якими тілами (з точки зору поширення світла, у цьому випадку ми вважаємо, що випромінювання поширюється від великої кількості атомних систем речовини, тому напрямки коливань будуть розташовані в просторі хаотично).

Поляризоване світло  це світло, у якому напрямки вектора підпорядковані.

Частково поляризоване світло  таке світло, у якому з‘являються пріоритетні напрямки коливань .

Плоскополяризоване світло  світло, у якому ( Н) коливаються в одній площині.

Площина, у якій відбуваються коливання Е ( і Н),  площина коливань, а площина, їй перпендикулярна,  площина поляризації.

Е

/2



H

Яким чином перетворити звичайне світло в поляризоване ?

Найпростіший засіб одержання поляризованого світла ґрунтується на відбиванні або заломленні світла від діелектричного середовища. Ефект поляризації у цьому випадкові спостерігається в тому, що хвильовий фронт із різними напрямками коливань по-різному відбивається або заломлюється, але у кожному випадкові і відбитий, і заломлений промені будуть частково поляризовані.



n ₂₁

пріоритет коливань ( ) площині падіння

пріоритет коливань ║ (↔) площині падіння

Ступінь поляризації визначається кутом падіння й описується законом Брюстера :

tg  _Бр = n₂₁ ( 1)

Відбитий промінь буде максимально поляризований (повністю плоскополяризований), якщо tg  = n_21.

Перетворення звичайного світла в плоскополяризоване можливе за допомогою поляризаторів приладів, які пропускають коливання тільки одного пріоритетного напрямку. Із природних кристалів слід указати турмалін.

П А

S

I₀ I призма Ніколя

Якщо обертати аналізатор відносно напрямку поширення світла, можна змінювати його інтенсивність. Кількісна залежність зміни інтенсивності описується законом Малюса:

I = I₀ cos² ( 2)

Інтенсивність світла І, яке вийшло з аналізатора дорівнюється інтенсивності світла І₀, яке вийшло з поляризатора помножене на квадрат косинуса кута між оптичними осями кристалу (між площинами поляризації ).

Незв.

зв.

СаСО₃ (ісландський шпат)

2. Більшість прозорих кристалів володіють властивостями подвійного променезаломлення, яке полягає в тому, що заломлений промінь поділяється після виходу із кристалу на дві складові: звичайний промінь та незвичайний.

Розділені у середовищі промені згідно з принципом ГюйгенсаФренеля створюють два види вторинних хвиль (сферичні й еліптичні). Так, сферична хвиля, поширюючись, дає напрямок звичайного променю, який поширюється у відповідно до закону: , а еліптична хвиля поширюється з його невиконанням (). Це явище має назву оптичної анізотропії.

3. Однак можна оптичні ізотропні речовини перетворити в анізотропні під дією таких трьох основних факторів:

1. одностороннє стискання або односторонній розтяг,

2. дія електричного поля ( 0),

3. дія магнітного поля ( 0).

У кінці IX століття шотландський фізик Керр установив, що рідкий або твердий ізотропний діелектрик стає анізотропним під дією потужного електричного поля, а межею оптичної анізотропії є різниця показників заломлення звичайного та незвичайного променів (n_зв.- n_нзв.).

+

П A

S

—

Якщо = 0 - система світло не пропускає, а при Е 0, на виході маємо світло, інтенсивність якого визначається законом Керра:

n _зв.- n _нзв.= В ² Е² , (3)

Е - напруженість електричного поля,

 - довжина світлової хвилі,

В - стала Керра, яка визначається фізико-хімічними властивостями речовини.

Практичне застосування ефекту Керра: ідеальний оптичний затвір застосовується у швидкопротікаючих процесах (звукозапис, швидкісна кінозйомка ).

4. Дисперсія світла  це явище залежності показника заломлення n речовини від довжини хвилі, або частоти:

n = f() (4)  = c/

Як наслідок цього розкладання у спектр білого світла при його проходженні через тригранну призму.

Для математичного опису вводять величину дисперсії Д.

Д=dn/d

Якщо dn/d  0 , маємо нормальну дисперсію.

n n

dn /d < 0

dn/d0

λ λ

λ λ

Але можуть бути такі зони для довжин хвиль , для яких dn/d  0. Це зони аномальної дисперсії. Фізично вони відповідають таким ділянкам на яких відбуваються активне поглинання світла речовиною. Для скла  це УФ та IЧ ділянки спектра.

5. По мірі поширення світла у речовині його інтенсивність буде змінюватись внаслідок перетворення енергії світлової хвилі або в внутрішню енергію речовини, або у енергію вторинного випромінювання. Це явище  поглинання світла (абсорбція). Бугер і Ламберт установили закон зміни інтенсивності світла, внаслідок його проходження через шар речовини:

І₀ І

х

х

I = I₀ e^{- x} (5)

I₀ та I  інтенсивності світла перед та після проходження шару речовини товщиною х.

  лінійний коефіцієнт поглинання, він залежить від довжини хвилі , фізико-хімічних властивостей речовини і не залежить від інтенсивності світла.