Лекция 49

Лекция 49
Тема:
Дисперсия и поляризация света.
Дисперсия света.
Дисперсией света называется зависимость фазовой скорости v в веществе от его
частоты. В результате показатель преломления n=c/v будет различный для различных
длин волн. Если на призму (рис. 1) падает белый свет, то он, вследствие дисперсии,
раскладывается в спектр
(монохроматические
составляющие), который
называется дисперсионным
спектром. Наибольший
показатель преломления у
световых волн с наименьшей
длиной волны (сильнее
преломляется фиолетовый
свет, слабее красный). Такая
дисперсия называется
нормальной (рис. 2 участки
АВ и CD). Участок ВС
соответствует аномальной дисперсии. Явление дисперсии можно объяснить следующим
образом. Внешние электроны, наименее
связанные с атомами или молекулами среды,
которые называются оптическими, под
действием электромагнитных волн, начинают
совершать вынужденные колебания с частотой
вынуждающей силы. Колеблющиеся электроны
излучают вторичные волны той же частоты.
Между первичной и вторичной волной возникает
сдвиг фаз, вызванный запаздыванием колебаний
электронов. Вследствие образуется
результирующая волна, которая отстает по фазе
от проходящей волны. Этот сдвиг фаз и
определяет фазовую скорость света в среде, если
частота падающего света увеличивается,
увеличивается запаздывание результирующей
волны Такая дисперсия называется нормальной. Область аномальной дисперсии
объясняется явлением резонанса (равенством частоты вынуждающей силы и собственной
частотой колебаний электронов).
Поляризация света.
На оптические электроны среды, со стороны э/м волн действуют сила Лоренца Fм,
определяющая воздействие со стороны магнитной составляющей э/м поля и сила,
определяющаяся напряженностью эл поля Fэ. Определим соотношение между этими
силами.
v- скорость движения электронов. В лекции 40 было доказано соотношение между
напряженностями электрического и магнитного полей:
так как скорость света в среде
то
так как скорость света много больше чем скорость движения электронов, то сила,
действующая со стороны вектора Е много больше, чем со стороны вектора Н, поэтому
вектор Е называют световым вектором, который определяет прохождения света в среде.
Поляризация света есть следствие поперечности световых волн. В естественном
свете, который испускается нелазерными источниками, колебания вектора Е происходит
по всевозможным направлениям. Если колебания вектора Е происходит вдоль одного
направления, то такой свет называется плоско (линейно) поляризованным. Плоскость,
проходящая через направление колебаний вектора Е и через луч, называется плоскостью
поляризации. Поляризацией называется выделение линейно поляризованного света из
естественного. Для этого используются устройства, которые называются поляризаторами,
а прибор определяющий степень поляризации, называется анализатором. Действие
поляризаторов и анализаторов основано на поляризации света при отражении и
преломления света на границе двух сред или на явлении двойного лучепреломления.
Двойное лучепреломление. Некоторые кристаллы, например исландский шпат, дают
двойное лучепреломление. Кристаллы обладают свойством анизотропии (различие
свойств, в том числе оптических, в различных направлениях). В кристаллах можно
выделить главную оптическую ось (все направления, составляющие с этой осью
одинаковые углы, обладают одинаковыми оптическими свойствами). Плоскость,
проходящая через падающий луч и через главную оптическую ось, называется главным
сечением кристалла. В исландском шпате луч колебания можно разложить на два взаимно
перпендикулярных направлениях. При этом лучи имеют разный показатель преломления,
а следовательно раздваиваются на два луча: обыкновенный (плоскость колебания
расположены перпендикулярно плоскости главного сечения и необыкновенный – в
плоскости главного сечения. Из исландского шпата изготавливается поляризационная
призма, из которой выходит только необыкновенный луч, а обыкновенный, вследствие
особенностей устройства призмы, поглощается. В кристалле турмалина обыкновенный
луч поглощается значительно сильнее необыкновенного (дихроизм) – изготовление
специальных устройств не требуется. Еще более сильным дихроизмом обладают
кристаллы герапатита, которые используют для изготовления тонких пленок, называемые
поляроидами.
Поляризации света при отражении и преломления света на границе двух диэлектриков.
При падении света на границу двух сред, то в
отраженном луче преобладают колебания
перпендикулярные плоскости падения, а в
преломленном параллельные этой плоскости.
При определенном угле, называемым углом
Брюстера или углом полной поляризации,
отраженный угол поляризован полностью, а
преломленный лишь частично. Условие для этого
угла: tgαполн=n21 – закон Брюстера. n21 – показатель преломления второй среды,
относительно первой. Из закон Брюстера и закона преломления следуют, что при угле
полной поляризации лучи отраженный и преломленный взаимно перпендикулярны.
Закон Малюса.
- интенсивность света, прошедшего анализатор,
- интенсивность света, падающего на анализатор, после
прохождения поляризатора. В некоторых случаях, например при
поляризации при отражении и преломлении
- интенсивность естественного света, падающего на поляризатор. α – угол между
плоскостями поляризации поляризатора и анализатора.