ЯГМА

Медицинская физика

Фармацевтический факультет

1 Курс

2 семестр

Лекция № 15,16.

« Физика поляризационных явлений »

Составил: Крайнова Е.Ю.

2003 г.

1. Свет как электромагнитная волна. Поляризация света, ее виды и количественная оценка.

Свет – это поперечные электромагнитные волны, длина которых в вакууме составляет 380-780 нм.

Основные волновые характеристики света:

• период Т (с)

• частота  (с^-1, Гц)

• длина волны «»(м, см, нм, . . )

• скорость распространения волны v (м/с)

• фаза .

Как всякую электромагнитную волну, световую волну можно представить тремя взаимно перпендикулярными векторами:

- электрический вектор (напряженность электрического поля)

- магнитные вектор (напряженность магнитного поля)

- вектор скорости показывающий направление распространения волны.

Векторы и колеблются в одинаковых фазах.

(напряженность магнитного поля) не оказывает ни химического ни биологического действия.  магнитную составляющую электромагнитной волны в дальнейшем учитывать не будем.

(напряженность электрического поля) оказывает физиологическое действие на рецепторы глаза, вызывает ощущение света.  вектор - световой вектор.

В любом источнике света волны излучаются множеством молекул и атомов. Каждое мгновение в теле «гаснут» и «зажигаются» миллиарды атомов. Световые векторы этих волн расположены в разнообразных плоскостях, а колебания происходят в разных фазах. в естественном луче света равномерно представлены все возможные колебания светового вектора в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны и ориентация его хаотически меняется со временем.

В отличии от естественных, лучи света с определенным или преимущественным направлением колебаний светового вектора носят название поляризационных лучей.

Поляризация света – это явление преимущественной или полной ориентации светового вектора электромагнитной волны при прохождении через оптически анизотропные среды или при отражении от поверхностей диэлектрических твердых и гладких веществ. (стекло, вода).

Плоскополяриозованный свет – свет, у которого колебания светового вектора происходят с одной плоскости.

Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление волны и направление колебаний светового вектора.

Виды поляризации.

1. По степени выраженности.

Полная – световой вектор ориентирован только в одном направлении.

• Полная поляризация по вертикали.

у_i=1 суммарная компонента по У; х_i=0 суммарная компонента по Х.

Частичная – световой вектор имеет преимущественную ориентацию в каком – либо одном направлении.

• частично поляризованный свет по вертикали.

у_i>х_i

Плоскость рисунков перпендикулярна направлению распространения света

2. По характеру изменения во времени.

• Линейная – направление колебаний светового вектора фиксировано и не меняется со временем.

• Круговая – ориентация светового вектора меняется по кругу с течением времени либо по часовой стрелке, либо против без изменения амплитуды.

• Эллиптическая – ориентация вектора либо по часовой стрелке, либо против с изменением амплитуды.

Графическое изображение поляризации.

А) - естественный (неполяризованный) луч.

Б) - полностью поляризованный свет

В

частично поляризованный свет

)

Стрелки указывают направление колебаний светового вектора в плоскости рисунка.

Точки – направление колебаний светового вектора в плоскости, перпендикулярной поляризации.

Степень поляризации (Р) – отношение разности интенсивностей суммарной компоненты вектора по вертикали () и горизонтали () к их сумме.

Для естественного света Р=0.

Для полностью поляризованного Р=100% (1)

Для частично поляризованного 0%<P<100%

2. Поляризация света при отражении и простом преломлении. Закон Брюстера.

Суть: при попадании естественного света на диэлектрик часть светового луча отражается, а часть преломляется, если диэлектрик прозрачен для света. При этом отраженный и преломленный лучи частично поляризуются.

Преимущественная поляризация отраженного луча происходит в плоскости перпендикулярной плоскости падения, а преломленного – в плоскости падения.

В 1815г. англичанин Д. Брюстер установил соотношение между показателем преломления n и таким углом  естественного света, при котором отраженный луч света, при котором отраженный свет полностью поляризован, а угол между отраженным и преломленным лучами равен 90.

Закон Брюстера: отраженный от поверхности диэлектрика свет полнлстью поляризован тогда, когда тангенс угла падения луча равен показателю преломления диэлектрика.

Вывод:

Для одного и того же диэлектрика угол Брюстера _Б зависит от  падающих на диэлектрик лучей.

3. Поляризация при двойном лучепреломлении. Характеристика обыкновенного и необыкновенного лучей.

Двойное лучепреломление – это физическое явление образования на границе некоторых (анизотропных) сред двух поляризованных лучей, отличающихся по свойствам.

В анизотропных средах имеется различие физических свойств, в том числе и оптических, по разным направлениям среды.

Пример: анизотропия оптических свойств кристалла проявляется, например, в различии скорости распространения света и в различии показателя преломления по разным направлениям.

Оптическая ось кристалла – это такое направление, вдоль которого естественный неполяризованный луч не разделяется на два отдельных луча.

Главная плоскость кристалла – плоскость проходящая через оптическую ось и падающий луч.

При переходе света в анизотропную среду происходит разложение естественного света на два луча – обыкновенный и необыкновенный.

Луч «о» – обыкновенный, имеет сферический фронт и его (n) по всем направлениям одинаковы.

Луч «е» – необыкновенный, имеет эллиптический фронт и его (n) зависит от его направления.

MN- оптическая ось кристалла – это то направление, вдоль которого нет двойного лучепреломления.