Реферат по фізиці

на тему:

Подвійне променезаломлення електромагнітних хвиль

Зміст

Поляризація світла

1. Властивості електромагнітних хвиль

2. Поляризація світла. Види поляризованого світла

3. Поляризатори. Закон Малюса

4. Явище подвійного променезаломлення

5. Хвилеві поверхні

6. Побудова Гюйгенса

7. Пластинки і

Експериментальна частина

1. Установка

2. Вимірювання

Література

Поляризація світла

1. Властивості електромагнітних хвиль

Електромагнітною хвилею називається змінне електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі. Електромагнітна хвиля характеризується векторами напруженості електричного і індукції магнітного полів.

Можливість існування електромагнітних хвиль обумовлена тим, що існує зв'язок між змінними електричним і магнітним полями. Змінне магнітне поле створює вихрове електричне поле. Існує і зворотне явище: змінне в часі електричне поле породжує вихрове магнітне поле.

Електромагнітні хвилі залежно від довжини хвилі (або частоти коливань ) розділені умовно на наступні основні діапазони: радіохвилі, інфрачервоні хвилі, рентгенівські промені, видимий спектр, ультрафіолетові хвилі і гамма - промені. Таке розділення електромагнітних хвиль засноване на відмінності їх властивостей при випромінюванні, розповсюдженні і взаємодії з речовиною.

Не дивлячись на те, що властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів можуть різко відрізнятися один від одного, всі вони мають єдину хвилеву природу і описуються системою рівнянь Максвела. Величини і у електромагнітній хвилі в простому випадку міняються по гармонійному закону. Рівняннями плоскої електромагнітної хвилі, що розповсюджується у напрямі Z, є:

(1)

де -циклічна частота, -частота -хвилеве число -початкова фаза коливань.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами, т.е. колебания векторов напряженности переменного электрического и индукции переменного магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору скорости распространения волны. Векторы , и образуют правовинтовую систему: из конца вектора поворот от к на наименьший угол виден происходящем против часовой стрелки (рис. 1).

Мал. 1

На мал. 2 показаний розподіл векторів і електромагнітної хвилі уздовж осі OZ в даний момент часу t.

Мал. 2

З формули (1) виходить, що вектора і у електромагнітній хвилі коливаються в однаковій фазі (синфазний), тобто вони одночасно звертаються в нуль і одночасно досягають максимальних значень.

Грунтуючись на тому, що електромагнітна хвиля є поперечною, можливе спостереження явищ, пов'язаних з певною орієнтацією векторів і у просторі.

2. Поляризація світла. Види поляризованого світла Види поляризованого світла

Для опису закономірностей поляризації світла досить знати поведінку лише одного з векторів, що характеризують електромагнітну хвилю. Зазвичай всі міркування ведуться щодо світлового вектора-вектора напруженості електричного поля (при дії світла на речовину основне значення має електрична складова поля хвилі, що діє на електрони в атомах речовини).

Світлом є сумарне електромагнітне випромінювання безлічі атомів. Атоми ж випромінюють світлові хвилі незалежно один від одного, тому світлова хвиля, що випромінюється тілом в цілому, характеризується всілякими рівноімовірними коливаннями світлового вектора (мал. 3, а; промінь перпендикулярний площині малюнка).

Мал. 3

В даному випадку рівномірний розподіл векторів пояснюється великим числом атомарних випромінювачів, а рівність амплітудних значень векторів -однаковою (в середньому) інтенсивністю випромінювання кожного з атомів. Світло зі всілякими рівно імовірними орієнтаціями вектора називається природним. Неполяризоване (природний) світло випускають більшість типових джерел, наприклад лампи розжарювання.

Світло, в якому напрями коливань світлового вектора якимсь чином впорядковані, називається поляризованим. Так, якщо в результаті яких-небудь зовнішніх дій з'являється переважний (але не виняткове) напрям коливань вектора (мал. 3, би)то ми маємо справу з частково поляризованим світлом. Світло, в якому вектор коливається тільки в одному напрямі, перпендикулярному свічу (мал. 3,в), називається плоско поляризованим (лінійно поляризованим).

Площина, що проходить через напрям коливань світлового вектора плоско поляризованої хвилі і напрям розповсюдження цієї хвилі, називається площиною поляризації. Плоско поляризоване світло є граничним випадком еліптично поляризованого світла-світла, для якого вектор змінюється з часом так, що його кінець описує еліпс, лежачий в площині, перпендикулярній свічу (мал. 4,а).

Мал. 4

Якщо еліпс поляризації вироджується в пряму (при різниці фаз рівною нулю або ), то маємо справу з розглянутим вище плоско поляризованим світлом, якщо в коло (при і рівності амплітуд хвиль, що складаються), то маємо справу з циркулярно поляризованим (поляризованим по кругу) світлом (мал. 4,б і мал. 4,в відповідно).

3. Поляризатори. Закон Малюса

Природне світло можна перетворити в плоско поляризований, використовуючи так звані поляризатори, проникні коливання тільки певного напряму (наприклад, проникні коливання, паралельні головній площині поляризатора, і повністю затримуючі коливання, перпендикулярні цій площині). Як поляризатори можуть бути використані середовища, анізотропні відносно коливань вектора наприклад кристали. З природних кристалів, давно використовуваних як поляризатори, слід зазначити турмалін. Турмалін сильно поглинає світлові промені, в яких електричний вектор перпендикулярний до оптичної осі. Якщо ж електричний вектор паралельний осі, то такі промені проходять через турмалін майже без поглинання. Тому природне світло, пройшовши через пластинку турмаліну, наполовину поглинається і стає лінійно поляризованим з електричним вектором, орієнтованим паралельно оптичній осі турмаліну.

Такою ж властивістю володіють поляроїди, зручніші в обігу. Вони є штучно приготованими колоїдними плівками, службовці для отримання поляризованого світла. Поляроїд, подібно до турмаліну, діє, як один кристал і поглинає світлові коливання, електричний вектор яких перпендикулярний до оптичної осі.

Явище поляризації світла має місце і при віддзеркаленні або заломленні світла на межі двох ізотропних діелектриків. Цей спосіб поляризації був відкритий Малюсом, який випадково відмітив, що при поверненні кристала навколо світла, відбитого від скла, інтенсивність світла періодично зростає і зменшується, тобто віддзеркалення від скла діє на світло подібно до проходження через турмалін. Правда, при цьому не відбувалося повного згасання світла при деяких певних положеннях кристала, а спостерігалося лише його посилення і ослаблення.

Існують і інші способи отримання поляризованого світла.

Отже, всякий прилад, службовець, для отримання поляризованого світла називається поляризатором. Той же прилад, вживаний для дослідження поляризації світла, називається аналізатором.

Допустимо, що два кристали турмаліну або два поляроїди поставлено один за одним, так що їх осі і утворюють між собою деякий кут (мал. 5).

Первый поляроид пропустит свет, электрический вектор которого параллелен оси . Обозначим через интенсивность этого света. Разложим на вектор , параллельный оси второго поляризатора, и вектор , перпендикулярный к ней

( ).

Составляющая будет задержана вторым поляроидом. Через оба поляроида пройдет свет с электрическим вектором , длина которого равна

.

Отношение интенсивностей пропорционально отношению квадратов амплитуд:

і, отже

Це співвідношення має назву закон Малюса:

Інтенсивність світла, що пройшло через аналізатор рівна інтенсивності світла, що пройшло через поляризатор помноженою на квадрат косинуса кута між аналізатором і поляризатором.

Закон був сформульований Малюсом в 1810 році і підтверджений ретельними фотометричними вимірюваннями Араго.

4. Явище подвійного променезаломлення

Фундаментальною властивістю світлових променів при їх проходженні в кристалах є подвійне променезаломлення, відкрите в 1670 році Бартоліном і детально досліджене Гюйгенсом, що опублікував в 1690 році свій знаменитий “Трактат про світло, в якому викладені причини того, що відбувається при віддзеркаленні і заломленні і, зокрема, при незвичайному заломленні в кристалах з Ісландії.” Явище подвійного променезаломлення пояснюється особливостями розповсюдження світла в анізотропних середовищах.

Якщо на кристал ісландського шпату направити вузький пучок світла, то з кристала вийдуть два просторово розділених світивши, паралельних один одному і падаючому променю.

Мал. 6