Контрольні питання.

109. В чому полягає явище дифракції, коли воно спостерігається?

110. Назвіть методи розрахунку дифракційної картини.

111. Сформулюйте принцип Гюйгенса – Френеля.

112. В чому полягає метод зон Френеля? Коли він застосовується?

113. Як розраховують дифракційну картину на щілині?

6. Як змінюється дифракційна картина при зміні ширини щілини?

Y

I₀

O

sin

Мал.2

a_m

E

_m

l₀

Щ

лазер

Мал.1

лазер

Щ

Ф

О

О^'

A

Мал.3

Лабораторна робота № 12

ВИВЧЕННЯ ПОЛЯРИЗАЦІЇ СВІТЛА

Прилади і матеріали: чотири поляроїди, стопа Столєтова, дзеркало діелектричне, фотоелементи, мікроамперметр, кристал ісландського шпату, штатив, плівка.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

1.Поляризація світла і закон Малюса

Світлові хвилі, що їх випромінюють різні джерела світла, мають електромагнітну природу і є поперечними хвилями. При взаємодії світла з речовиною змінне електричне поле впливає на електрони атомів і молекул речовини, тоді як вплив магнітного поля на заряджені частинки невеликий. Тому в процесі поширення світла головну роль відіграє вектор напруженості електричного поля. Світло, в якому коливання вектора Е відбувається в усіх напрямках, перпендикулярних до променя, називається природним.

Світлові хвилі, в яких поперечні коливання електричного вектора відбуваються в одній площині, називаються плоскополяризованими. Площина, в якій відбувається коливання електричного вектора називається площиною поляризації.

Для аналізу поляризації світла застосовують пристрої (аналізатори), які являють собою поляризатори - поляроїди. Якщо взяти два поляроїди (Мал.1): перший поляроїд Р - поляризатор, з нього виходить плоскополяризоване світло (вектор Е коливається вздовж напрямку РР), другий поляроїд А - аналізатор ( коливання Е вздовж напрямку АА), то по закону Малюса інтенсивність світла І₂, яке проходить через аналізатор, пропорційна квадрату косинуса кута між площинами поляризатора і аналізатора (РР і АА):

I₂ = I₁cos² = 0,5I₀cos² (1)

де І₀ - інтенсивність природного світла,

І₁ - інтенсивність світла, що виходить з поляризатора,

І₂ - інтенсивність світла, що виходить з аналізатора.

S

I₀

Р

Р

I₁

A

A



I₂

ФР

мкА

Мал.1

Закон Малюса легко виводиться, виходячи з властивості поляризатора повністю пропускати хвилі, в яких вектор Е співпадає з площиною поляризатора та повністю затримується, якщо Е перпендикулярний до площини поляризатора.

Якщо площина аналізатора і поляризатора перпендикулярні (==90⁰), то говорять, що поляризатор і аналізатор схрещені (встановлені на гасіння світла). Коли ж =0⁰, то інтенсивність світла, що проходить через поляроїди, буде максимальною. Для будь-якого іншого кута  інтенсивність світла буде визначатись згідно (1).

Формула (1) дійсна тільки для ідеальних поляроїдів. Речовина реальних поляроїдів поглинає деяку частину світла. Тоді формула (1) буде мати вигляд:

I₂ = 0,5K₁K₂I₀cos² (2)

де К₁ і К₂ - коефіцієнти поглинання в речовинах поляризатора і аналізатора, як правило, К₁ і К₂  1

I_1` = 0,5K₁I₀ (3)

I₂ = K₂I₁cos² (4)

З формул Френеля, що описують заломлення і відбивання плоскополяризованого світла від діелектрика, слідує, що при умові, коли відбитий і заломлений промені перпендикулярні (+ = 90⁰) у відбитому світлі повністю відсутні коливання вектора Е в площині падіння променя, тобто відбите світло є повністю поляризованим у площині, перпендикулярній площині падіння (Мал.2).

n

Мал.2

Це явище пояснюється взаємодією первинної світлової хвилі з електронами речовини і створенням вторинної хвилі електронами, що коливаються (диполями).

В напрямку вісі диполя інтенсивність випромінювання дорівнює нулю, в перпендикулярному - максимальна. Якщо заломлений і відбитий промені складають кут + = 90⁰, то у відбитому промені будуть повністю відсутні коливання вектора Е, що відбуваються в площині падіння.

У відбитому промені коливання вектора Е будуть відбуватись тільки в площині, перпендикулярній малюнку (ці коливання показані крапками),тобто відбитий промінь при певному куті падіння буде повністю поляризований. Кут  називається кутом повної поляризації або кутом Брюстера, який можна одержати з закону заломлення світла:

= (5)

де n - коефіцієнт заломлення діелектрика,

n_c - коефіцієнт заломлення середовища, в якому розміщений цей діелектрик.

Заломлений промінь буде частково поляризований. Для повної поляризації його пропускають через декілька плоскопаралельних пластинок діелектрика, наприклад, скляних (стопа Столєтова).