Прохождение света через поляризатор. Закон Малюса

Процесс превращения естественного света поляризованный

(поляризация)осуществляется посредством специальных устройств поляризаторов.

Поляризатор - устройство для получения полностью или (реже) частично поляризованного света.

Будем рассматривать случай полной линейной поляризации,при которой из поляризатора выходит плоскополяризованный свет. Поляризатор будет пропускать только ту часть света проекция светового вектора Е, которого совпадает с главной осью поляризатора.

Обнаружить наличие поляризации света и определить ее степень можно с помощью анализатора. Анализатор – это поляризатор, используемый для определения степени поляризации.

Если на пути поляризованного света поставить анализатор и поворачивать его вокруг луча, то интенсивность выходящего света будет меняться от некоторого максимального значения до нуля. Измеряя интенсивность прошедшего света через анализатор Э.Л. Малюс установил, что она подчиняется следующему закону: , - закон Малюса.

где - интенсивность света, падающего на анализатор; I - интенсивность прошедшего света; ϕ - угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.

Если на поляризатор падает неполяризованный свет (естественный), то закон Малюса применим к каждому отдельному цугу. В естественном свете все направления световых векторов равновероятны. Поэтому среднее значение равно ½ и, интенсивность прошедшего через поляризатор

естественного света уменьшается в два раза:

Способы получения поляризованного света.

Действие поляризаторов дающих плоскополяризованный свет основывается на одном из трех физических явлений: двойном лучепреломление, линейном дихроизме, и поляризации света при отражении и преломлении.

При падении светового луча на границу раздела двух изотропных диэлектриков (воздух-стекло) он частично отражается, частично преломляется (проникает во вторую среду). При этом оба луча оказываются частично поляризованными. Степень поляризации света зависит угла падения. В отраженном луче преобладают с направлением вектора Е, перпендикулярные плоскости падения, а преломленном – с параллельным ей. При некотором угле падения отраженный луч будет поляризован полностью, а степень поляризации преломленного луча будет максимальным. Этот угол называется углом Брюстера ( ) и определяется условием: ,

где ₂/ ₁ - показатель преломления второй среды относительно первой. Степень поляризации преломленного луча значительно может быть повышена путем многократного преломления. Так после прохождения стопы из 16 наложенных друг на друга стеклянных пластинок (стопа Столетова) вышедший свет будет полностью поляризованным.

Двойное лучепреломление

При преломлении светового луча на границу раздела с некоторыми анизотропными (исландский шпат) средами наблюдается явления двойного лучепреломления.

Преломленный луч раздваивается. При этом оба луча оказываются поляризованы полностью.

Двойное лучепреломление - раздвоение светового луча при прохождении через некоторые анизотропные среды, обусловленное зависимостью показателя преломления света от его поляризации и направления распространения.

Один луч подчиняется законам преломления и называется обыкновенным, для другого не выполняются, его называют необыкновенным.

Дихроизм - более сильное поглощение одного из лучей при двойном лучепреломлении.

Поляроиды

Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами

Вращение плоскости поляризации - поворот плоскости поляризации света вокруг направления его распространения при прохождение поляризованного света через некоторые анизотропные среды.

Оптически активная среда - среда, в которой наблюдается вращение плоскости поляризации.

Угол поворота плоскости поляризации в оптически активной среде:

,

гдеL - длина пути света в среде, - постоянная вращения (вращательная способность), град/мм.

Угол поворотаплоскости поляризации в растворе: α=[ ]CL, где

[ ] - удельное вращение, (град /г); С - концентрация раствора.

Правовращающее вещество - оптически активное вещество, которое поворачивает плоскость поляризации по часовой стрелке (если смотреть навстречу лучу)

Левовращающее вещество - оптически активное вещество, которое поворачивает плоскость поляризации против часовой стрелки.

Хиральная молекула- молекула с асимметричным строением, не имеющая ни центра, ни плоскостей симметрии. Вещество с такими молекулами является оптически активным в любом состоянии.

Антиподы - две зеркально симметричные формы существования хоральных молекул с правым или левым вращением плоскости поляризации.

Применение поляризованного света для решения медико-биологических задач.

Поляриметрия– это оптические методы исследования сред с естественной или наведенной магнитным полем оптической активностью, основанные на измерениях величины вращения плоскости поляризация света.

Фотоупругость.

Механические напряжения, создаваемые в прозрачных телах, способны изменить их оптические свойства: оптические изотропные могут становиться анизотропными, а анизотропные – изменить свою анизотропию. Комплекс таких явлений называют фотоупругостью. Используют в травматологии.