Ответы на вопросы к лабораторной работе №205. Ответы на вопросы к лабораторной работа №3(205, методичка). Контрольные вопросы к лабораторной работе 3( 205 ). Вопросы
 Скачать 94.44 Kb.
|
|
Выполнил студент группы 19-ИЭ-1 Ковалевский Данила Ответы на контрольные вопросы к лабораторной работе №3(205). Вопросы: Что такое световой фильтр? Что такое поляризованный свет? Виды поляризации. Способы получения поляризованного света. Что такое «угол Брюстера»? Применение поляризованного света. Почему при рассмотрении поляризованного света мы говорим только о световом векторе? Ответы: Световой фильтр – это оптические элементы, которые уменьшают интенсивность падающего светового потока или изменяют его каким-либо другим образом (например, запаздывание, поляризация) в зависимости от длины волны, угла падения или поляризации. Цветные фильтры пропускают только определенную длину волны или диапазон длин волн. Это их свойство основано либо на эффектах интерференции или отражения либо на специфическом поглощении материала фильтра (абсорбционные фильтры). Поляризация света — совокупность явлений, в которых проявляются свойства поперечных электромагнитных волн, волн видимой части света. Волна называется поляризованной, если в ней существует выделенное направление колебаний. Различают линейную (плоскую), круглую (циркулярную, электрическую). Виды поляризации света Поляризация возникает только у поперечных волн. Плоская световая волна называется линейно-поляризованной, если напряженность меняется в одной плоскости, в которой расположена нормаль  к фронту линейной волны. Плоскость проходящая через два вектора: напряженности и — называется плоскостью поляризации. За направление плоской световой волны принять направление вектора  , а за направление колебаний — .Естественный свет не поляризован, так как он изучается атомами, ориентированными в пространстве произвольным образом, то есть и меняются произвольно. Такой свет обладает (статистически) осевой симметрией относительно направления распространения.Способы получения поляризованного света: Поляризация при отражении и преломлении. Если естественный свет падает на отражающую поверхность диэлектрика (стекла, слюды и т. п.) под углом  , удовлетворяющим условию Брюстера: то отраженная волна оказывается плоскополяризованным показателем преломления).  Рис. IV.33 При соблюдении условия, отраженный луч оказывается перпендикулярным преломленному лучу. У отраженной волны вектор перпендикулярен плоскости падения, поэтому в преломленной (прошедшей во вторую среду) волне энергия колебаний в плоскости падения будет больше, чем в перпендикулярной плоскости, и волна частично поляризована. Недостатком поляризации при отражении является малая доля отражаемого от диэлектриков излучения (например, от стеклянной пластинки отражается 3—5% падающего света). Поэтому пользуются многократным отражением волны от «стопы пластин»; отраженные лучи уносят колебания, перпендикулярные плоскости падения, и проходящий луч, постепенно «очищаясь» от этих колебаний, становится почти плоскополяризованным (с вектором лежащим в плоскости падения). Поляризация при двойном лучепреломлении в кристаллах; призма Николя. При преломлении света на границе оптически анизотропных сред, например кристаллов, естественный луч расщепляется на два луча (обыкновенный и необыкновенный), поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Обыкновенный и необыкновенный лучи имеют в кристалле различные скорости распространения, следовательно, различные показатели преломления  и  этим объясняется двойное лучепреломление в точке падения волны на грань призмы: при одном и том же угле падения имеются два угла преломления:  и  . Однако поляризованные лучи выходят из кристалла под очень малым углом друг к другу, что затрудняет их раздельное использование. Чтобы «развести» эти лучи, пользуются различными «поляризующими призмами». Наиболее распространенной является призма Николя; из кристалла исландского шпата вырезаются две призмы, которые склеиваются канадским бальзамом. Показатель преломления этого клея (n = 1,550) лежит между показателями преломления исландского шпата для обыкновенного ( = 1,658) и необыкновенного лучей (значение не зависит от угла между лучом и оптической осью кристалла; его минимальное значение 1,486). Рис. IV.34 Углы в призме подобраны так, чтобы обыкновенный луч на поверхности канадского бальзама испытал полное внутреннее отражение. При помощи этой призмы естественная световая волна разделяется на две плоскополяризованные волны, содержащие почти по 50% падающей энергии (потери в призме невелики). Допустим теперь, что на призму падает плоскополяризованная волна. На рис. IV.35 изображена входная грань призмы; луч падает в точку О перпендикулярно плоскости чертежа. Вектор E падающей волны следует разложить на две составляющие:  и  . Вектор перпендикулярен оптической оси и соответствующий ей луч — обыкновенный; вектор Ее лежит в главной плоскости и принадлежит необыкновенному лучу. Очевидно, если  , то  и падающий луч является для призмы необыкновенным; он пройдет без двойного лучепреломления. При  падающий луч является для призмы обыкновенным и отразится от границы с канадским бальзамом; в этом случае через призму в прямом направлении свет не проходит. Если же а имеет промежуточною значения, то через поляризатор проходит только составляющая  . Так как энергия электромагнитной волны пропорциональна квадрату электрического вектора, и поэтому прошедший через поляризаторнеобыкновенный луч содержит энергию  где W энергия волны, поступающей в поляризатор. Следовательно, если плоскополяризованный свет пропускается через поляризатор, то прошедшая через него энергия пропорциональна квадрату косинуса угла между вектором E поступающего излучения и оптической осью поляризатора (закон Малюса). Для некоторых целей используются поставленные один за другим два николя. Первый николь является поляризатором (выделяет плоско-поляризованный свет из естественного); оптическую ось второго николя располагают под углом а к оптической оси первого николя. Изменяя этот угол от 0 до 90°, можно наблюдать изменение интенсивности света, вышедшего из второго николя («анализатора») по закону (1.28).  Поляризация при прохождении света через поглощающие анизотропные вещества; поляроиды. Некоторые кристаллические вещества (турмалин, герапатит, т. е. сернокислый иод-хинин, и др.) обладают различным поглощением для лучей с различными ориентациями вектора  относительно осей этих кристаллов. Например, турмалиновая пластинка толщиной около 1 мм или чешуйка герапатита толщиной около 0,01 мм почти полностью поглощают обыкновенные лучи (у которых, как указывалось выше, вектор перпендикулярен оптической оси); необыкновенные же лучи частично поглощаются, частично выходят из пластинки. Если на такую пластинку падает естественный свет, то из пластинки выходит только необыкновенный плоскополяризованный луч. Так же действуют так называемые поляроиды — целлулоидные пленки, содержащие определенным образом ориентированные мелкие кристаллики герапатита. Следует иметь в виду, что эти вещества обладают селективным (избирательным) поглощением по отношению к различным длинам волн, т. е. коэффициент поглощения их зависит от длины волны. Поэтому если на такие вещества подается не монохроматический, а, например, белый свет, то вышедший из них свет получается окрашенным, причем эта окраска оказывается различной в различных направлениях («дихроизм»).Угол Брюстера – это угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера. При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.  Применение поляризации света: Поляризация света, таким образом, оказывается непростым явлением для изучения, а важным в плане широкого практического применения в физике. На практике в повседневной жизни встречаются следующие примеры: Ярким примером, знакомым всем, является 3D-кинематограф. Еще одним распространенным примером являются поляризационные очки, скрывающие солнечные блики от воды и света фар на трассе. Так называемые поляризационные фильтры задействованы в фототехнике, а поляризация волн применяется с целью передачи сигналов между антеннами разных космических аппаратов. Одной из главнейших повседневных задач светотехники считается постепенное изменение и регулирование интенсивности световых потоков. Решение данной задачи за счет пары поляризаторов (поляроидов) обладает определенными преимуществами перед остальными методами регулирования. Поляроиды могут изготавливаться в формате больших размеров, что предполагает употребление таких пар не только в лабораторных установках, но и в иллюминаторах пароходов, окнах ж/д вагонов и пр. Еще одним примером является поляризационная блокировка, применяемая в световом оборудовании рабочего места операторов, которые обязаны видеть одновременно, например, экран осциллографа и определенные таблицы, карты или графики. Поляроиды могут оказаться полезными для тех, чья работа связана с водой (моряки, рыбаки), с целью гашения зеркально отражающихся от воды бликов, частично поляризованных. |