Чужков Ю.П. Доцент каф. физики Канд. Физ.мат. наук Поляризация света

2. Естественный и поляризованный свет. Тема занятия 1. Явление поляризации света 3. Двойное лучепреломление 4. Решение задач и тестов

электрон фотон атомизлучение Электромагнитная волна Естественный свет Явление поляризации света Свет – поперечная электромагнитная волна Свет считается поляризованным, если направление колебаний вектора напряженности электрического поля (светового вектора) сохраняется неизменным или меняется закономерным об разом. Естественный свет – не поляризован

P1P1 P2P2 Естественный свет Плоско поляризованный свет Закон Малюса P1P1 P2P2 0 P1P1 P2P2 Естественный свет Плоско поляризованный свет

Отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого анализатором, к минимальной равно 3. Определить степень поляризации Р частично поляризованного света. Задача 1 Дано: I max / I min = 3 Найти: P 1) Степень поляризации P1P1 P2P2 Естественный свет Плоско поляризованный свет Частично поляризованный свет

Отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого анализатором, к минимальной равно 3. Определить степень поляризации Р частично поляризованного света. Задача 1 Дано: I max / I min = 3 Найти: P 1) Степень поляризации P1P1 P2P2 Естественный свет Плоско поляризованный свет Частично поляризованный свет 2) Преоб разуем 3) Вычисления Ответ: P = 0,5

Задача 2 На пути естественного света интенсивностью I 0 после прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если угол f между направлениями ОО и О 1 О 1 равен 30 0, то интенсивность I 2 света, прошедшего через обе пластики связана с I 0 соотношением … 1) 2) 3)4) Дано: f =30 0 Найти: I 2 /I 0

Задача 2 На пути естественного света интенсивностью I 0 после прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если угол f между направлениями ОО и О 1 О 1 равен 30 0, то интенсивность I 2 света, прошедшего через обе пластики связана с I 0 соотношением … 1) 2) 3)4) Дано: f =30 0 Найти: I 2 /I 0 Решение 1) Из первого поляризатора выходит свет интенсивностью I 1 = I 0 /2 Для естественного света 2)

Задача 2 1) Из первого поляризатора выходит свет интенсивностью I 1 = I 0 /2 Для естественного света 2) 3) Из второго поляризатора выходит свет интенсивностью (Закон Малюса) 4) Подставляем 5) Вычисления Ответ: I 2 / I 0 = 3/8 1,0 0,5

Тест 1 На пути естественного света интенсивностью I 0 после прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если угол f между направлениями 00 и равен 45 0, то интенсивность I 2 света, прошедшего через обе пластики связана с I 1 соотношением … 1) 2) 3)4) Тест 2 На пути естественного света интенсивностью I 0 после прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если угол f между направлениями 00 и равен 60 0, то интенсивность I 2 света, прошедшего через обе пластики связана с I 0 соотношением … 1) 2) 3) 4)

Ответы на тесты 1 и 2 Тест 2 Закон Малюса Ответ: 3) Тест 1 Ответ: 2)

Задача 3 Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора составляет Определить изменение интенсивности прошедшего через них света, если угол между главными плоскостями станет равным Дано: f 1 = 30 0 ; f 2 = 45 0 Найти: I 1 / I 2 Вопрос: в каком из двух случаев после анализатора интенсивность света будет больше? 1) При f 1 = ) При f 2 = 45 0 Естественный свет

Задача 3 Вопрос: в каком из двух случаев после анализатора интенсивность света будет больше? f 1 = 30 0 Ответ: в первом случае (по закону Малюса) 1) Решение Интенсивность света в первом случае 2) Интенсивность света во втором случае 3) Отношение Ответ:

Задача 4 Степень поляризации частично поляризованного света P = 0,25. Найти отношение интенсивности поляризованной составляющей этого света к интенсивности естественной составляющей. Дано: P = 0,25. Найти: Решение 1 2 I1I1 I2I2 1) Интенсивность падающего на поляризатор света равна 2) На выходе поляризатора I1I1 I2I2 1 2 I1I1 I2I2 Частично поляризованный свет

Задача I1I1 I2I2 3) Интенсивность света максимальна, когда угол между плоскостью поляризации и плоскостью пропускания поляризатора равен 0, а минимальна – при f= π/2 4) Степень поляризации света 5) После подстановки 6) Откуда находится искомое отношение Вычисление 7) Ответ:

Задача 5 Определить показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления = Отраженный от диэлектрика свет полностью поляризован при падении света под углом Брюстера φ б р π/2 n1n1 n2n2 Дано: = 30 0 ; n 1 = 1 Найти: n 2 1) 2) Таким об разом, задача сводится к нахождению угла Брюстера

Задача 5 Согласно закону преломления φ б р π/2 n1n1 n2n2 3)3) (n 1 = 1) 4)4) Из 1) и 2) 5) Следовательно, 6) Искомый коэффициент преломления Ответ:

Двойное лучепреломление Тест 3 Первопричиной двойного лучепреломления является анизотропия диэлектрической проницаемости кристалла Обыкновенный и необыкновенный лучи. Различие

Обыкновенный луч распространяется в кристалле по всем направлениям с одинаковой скоростью. Необыкновенный – по различным направлениям с разной скоростью. Тест 3 (Ответ) обыкновенный луч подчиняется законам преломления, необыкновенный - нет обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости, плоскость поляризации необыкновенного луча перпендикулярна плоскости поляризованного обыкновенного луча O e Понятие обыкновенного и необыкновенного лучей имеет место пока эти лучи распространяются в кристалле, при выходе из кристалла эти понятия теряют смысл, лучи отличаются только плоскостями поляризаций.

Как соотносятся показатели преломления и скорости распространения обыкновенного и необыкновенного лучей в положительном кристалле? Тест 4 1)2) 3) 2) 3) 1) Варианты ответа А Б

Положительный кристалл Отрицательный кристалл Тест 4 (Ответ) Коэффициент преломления n связан с диэлектрической и магнитной проницаемостями соотношением В немагнитной среде Кристаллы, у которых Скорость света в диэлектрике Ответ: А 3) Б 2) Тест 4

Задача 6 Луч света последовательно проходит через три николя, плоскости пропускания которых об разуют между собой утлы f 1 = 45° и f 2 = 30°. Полагая, что коэффициент поглощения каждого николя k = 0.1, найти, во сколько раз луч, выходящий из третьего николя, ослаблен по сравнению с лучом, падающим на первый николь C Призма Николя Дано: f 1 = 45 0 ; f 2 = 30 0 ; k = 0,1 Найти: I 0 / I 3 Решение Интенсивность необыкновенного луча, вышедшего из первого николя 1) е о I0I0 I2I2 I3I3 f2f2 f1f I1I1 2) Интенсивность необыкновенного луча, вышедшего из второго николя

Задача 6 Интенсивность необыкновенного луча, вышедшего из первого николя 1) C е о I0I0 I2I2 I3I3 f2f2 f1f I1I1 2) После подстановки выражений для I 1 и I 2 получим Интенсивность необыкновенного луча, вышедшего из второго николя 3) Интенсивность необыкновенного луча, вышедшего из третьего николя 4) 5) Искомое величина Ответ: ослабнет в 7,3 раза

Тест 5 Какое устройство позволяет на выходе из него получить эллиптически поляризованный свет при падении на него плоско поляризованного света? 1) анализатор 2)пластинка в полволны 3)пластинка в четверть волны 4) ячейка Керра 5) поляризатор 1 ?

Фазовая пластинка – оптический элемент, преоб разующий форму поляризации проходящего через него монохроматического поляризованного пучка света Толщину пластинки d подбирают так, чтобы на ее выходе разность фаз между обыкновенной и необыкновенной компонентами волн равнялась 90 0 или Разность фаз 90 0 соответствует оптической разности хода (Ответ) Ответ: пластинка в четверть волны преоб разует плоско поляризованную волну в эллиптическую (в частном случае – в циркулярно поляризованную) Тест 5 Пластинка в четверть волны Естественный свет при прохождении пластинки в четверть волны не изменяется

Тест 5 Разность фаз соответствует оптической разности хода Пластинка в полволны Пластинка в полволны меняет падающий на нее циркулярно поляризованный свет на циркулярно поляризованный противоположного направления.

Задача 7 Плоскопараллельная пластинка с наименьшей толщиной d min =16 мкм служит пластинкой в четверть длины волны для света длиной волны 600 нм. Определить показатель преломления для необыкновенного луча, если показатель преломления для обыкновенного луча n o = 1,544. Пластинка вырезана из положительного кристалла. Дано: d min =16 мкм; l= 600 нм Найти : n e При нормальном падении света на на пластинку в четверть волны между обыкновенными и необыкновенными лучами возникает оптическая разность хода, равная l/4 1) Знак > соответствует отрицательным кристаллам, > - положительным. о e В кристалле лучи пространственно не разделены

Задача 7 При нормальном падении света на на пластинку в четверть волны между обыкновенными и необыкновенными лучами возникает оптическая разность хода, равная l/4 1) 2) Минимальная толщина пластинки соответствует m = 0 Знак > соответствует отрицательным кристаллам, > - положительным. 3) Откуда искомый показатель преломления необыкновенного луча 4) Вычисления Ответ: n e = 1,553

Вращение плоскости поляризации Задача 8 Пластинка кварца толщиной 2 мм (удельное вращение кварца 15 град/мм), вырезанная перпендикулярно оптической оси, помещена между двумя скрещенными николями. Пренеб регая потерями света в николях, определить, во сколько раз уменьшится интенсивность света, прошедшего эту систему. d N1N1 N2N2 Дано: d = 2 мм; = 15 град/мм Найти: I 0 / I 2 o e 1) Из первого николя выходит необыкновенный (e) луч света с интенсивностью 2) В кварцевой пластинке наблюдается вращение плоскости поляризации необыкновенного луча на угол Естественный свет

Вращение плоскости поляризации Задача 8 d N1N1 N2N2 o e 1) Из первого николя выходит необыкновенный (e) луч света с интенсивностью 2) В кварцевой пластинке наблюдается вращение плоскости поляризации необыкновенного луча на угол 3) Подставляя условия задачи, находим угол поворота

Вращение плоскости поляризации Задача 8 d N1N1 N2N2 o e 4) Согласно закону Малюса Электрический вектор луча, падающего на николь 2, после прохождения пластинки составляет с его направлением пропускания угол 5) N1N1 N1N1 N2N2 N2N2 f 6) Ответ: I 0 / I 2 =8

Спасибо за внимание!