Жарықтың поляризациялануы. Поляризацияланған жарықты алу әдістері

Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі. Жарық толқындарының өрісін электр векторы (Е) мен магнит векторы (Н) арқылы сипаттауға болады. Бұл векторлар өзара және толқын таралатын бағытқа перпендикуляр болатындығы белгілі. Жарық толқыны өрісінің векторлары үздіксіз өзгеріп, яғни ұдайы тербеліп тұрады. Е векторын жарық векторы деп атайды. Жарық толқындары заттың атомдары мен молекулаларында жүріп жатқан кейбір процестер нәтижесінде пайда болады. Өте кішкене жарық көзі құрамында сансыз көп атомдар болады. Олардың әрқайсысы шығаратын жарық толқындарының электр векторларының бағыттары әртүрлі, сонымен қабат бір атомның шығарған жарық толқындарының электр векторының бағыты да өзгеріп тұрады. Сөйтіп, жарық толқынының электр векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни ол сан алуан жазықтықта тербелуі мүмкін. Мұнда бір бағыттың басқа бағыттардан артықшылығы болмайды. Өрісінің электр векторы кеңістікте осылай түрлі бағытта орналасқан жарық – табиғи жарық деп аталады (1а-сурет). Табиғи жарық толқындарының барлық бағытта интенсивтігі бірдей болады.

Белгілі жағдайда жарық толқыны векторы тек белгілі бір бағытта тербелуі мүмкін. Осындай жарық – толық поляризацияланған жарық деп аталады. Электр векторының тербеліс бағыты мен сол тербелістер таралатын бағыт арқылы өтетін жазықтық поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығы, оған перпендикуляр жазықтық – поляризациялану жазықтығы деп аталады. Егер жарық векторы тербелістері бір ғана жазықтықта болып жатса, ондай жарық жазықша поляризацияланған жарық деп аталады (1в-сурет).

Егер де сырттан әсер ету арқылы Е векторының ерекше бағытталған тербелісі пайда болса, онда оны жартылай поляризацияланған жарық деп атайды (1б-сурет).

Поляризация дәрежесі

Табиғи жарық үшін: және , поляризацияланған жарық үшін: және .

Егер табиғи жарық жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды.

Поляризаторлар ретінде анизотропты кристалдарды пайдалануға болады. Әсіресе табиғи кристалдардың ішінде поляризатор ретінде турмалинді пайдалануға болады. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қояды. Оны анализатор деп атайды. Егер поляризатор мен анализатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осьтері) біріне-бір параллель болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ал өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді.

Егер поляризатор мен анализатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осьтері) біріне-бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады:

, (4)

Мұндағы – анализаторға түскен поляризацияланған жарық интенсивтігі, – анализатордан өткен жарық интенсивтігі.

Табиғи жарық екі диэлектрик шекарасына түскенде (ауа, әйнек), екі ортаның шекарасынан шағылғанда және сынғанда поляризацияланады.

Жарықтың қаншалықты поляризацияланатыны сәуленің екі ортаның шекарасына түсу бұрышына және сыну көрсеткішіне байланысты болады. Осы құбылысты зерттей келе шотланд физигі Д. Брюстер сәуленің түсу бұрышының белгілі бір мәнінде шағылған сәуле толығымен поляризацияланады деген тұжырым жасаған. Мына теңдеу орындалса

, (5)

онда шағылған сәуле толығымен поляризацияланады. Осы түсу бұрышы Брюстер бұрышы деп аталады. Егер жарықтың түсу бұрышы Брюстер бұрышына тең болса, онда шағылған сәуле толық поляризацияланады. Бұл Брюстер заңы. Бұл заңды жарық тек диэлектриктер (шыны, кварц, су, т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолдануға болады.

2-сурет

Студенттердің өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтары:

1. Максвелл заңын түсіндіріңіз.

2. Жарық дисперсиясы дегеніміз не?

3. Қалыпты және аномаль дисперсиялардың айырмашылықтары неде?

4. Спектр және оның түрлері туралы не білесіз?

5. Жарықтың жұтылуы дегеніміз қандай құбылыс.

6. Бугер-Ламберт-Бер заңын түсіндіріңіз.

7. Табиғи жарық дегеніміз қандай жарық?

8. Поляризацияланған жарықты қалай алуға болады?

9. Малюс заңын жазып, түсіндіріңіз.

10. Брюстер заңы қалай тұжырымдалады?