Жарықтың поляризациясы. Зертханалық жұмыс № 3. «Жарықтың поляризациясын бақылау». Физика, 11 сынып, қосымша материал 4, 27-28 сабақ.

Тербелістің қандайда бір бағыты басым болатын толқын поляризациянған толқын деп аталады. Поляризацияны мынадай түрлері бөледі:а) сызықтық (жазық) поляризация,

ә) дөңгелек (циркульдік) поляризация.б) эллипстік поларизация.

Поляризация тек көлденең толқындарға тән. Егер орта болшектері толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағыттарда тербелетін болса онда мұндай толқындарды көлденең толқындар деп атайды. Дөңгелек немесе эллипстік поляризациялы толқынды екі сызықтық (жазық) поляризацияланған толқынға жіктеуге болады. Егер электромагниттік жарық толқынында (электр өрісі кернеулігінің тербелуші векторы) және В (магнит өрісі индукциясының векторы) векторларының тербеліс бағыттары өзгермейтін және толқынның таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта жататын болса ондай жарық толқыны жазық поляризациясыдеп атайды.Егер электромагниттік жарық толқынында және В векторларының тербеліс бағыты толқынның таралу бағытына перпендикуляр кез келген жазықтықта болса, ондй жарық толқыны табиғи жарық деп аталады. Табиғи жарық жарық көздерінен тарайды.Поляризацияланған жарықты алудың әр түрлі тәсілдері бар. Табиғи жарықты поляризацияланған жарыққа айналдыру үшін қолданылатын құрылғы поляризатор немесе поляроид деп аталады. Қарапайым поляризаторға тек белгілі бір жазықтықта ғана тербелетін жарық толқындарын ғана өткізу қабілеті бар жасыл түсті турмалин кристалы жатады.Поляризатор табиғи жарықтын тек белгілі бағыттағы толқындары бар компонентін ажыратып өткізеді. Жарық толқынындағы тербеліс бағыты деп электр өрісінің кернеулік векторының бағыты қабылданған. Әдеттегі жарық көздері шығаратын табиғи жарық поляризацияланбаған болып табылады. Жарық толқынында тербелістер оның таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта барлық бағытта тербеледі.

Анизотропты кристалл турмалинмен жасалатын тәжірибе

Толып жатқан эксперименттердің ішінен өте қарапайым турмалин кристалымен (жасыл түсті мөлдір кристалмен) жасалған тәжірибені қарастырайық.

Турмалин кристалының симметрия өсі бар және ол бір өсті кристалл деп аталатындар

санатына жатады. Турмалинмен тікбұрышты пластинаны, бір қабырғасы кристалл осімен

параллель болатындай етіп қиып алайық. Егер осыңдай пластинаға тік бағытпен электр шамының жарығын не Күннің жарық шоғын жіберсек, онда пластинаның өзінен өтетін шоқтың айналасындағы қозғаудан жарықтың интенсивтігі өзгермейді (1-сурет).

Жарық аздап қана жұтылды да, жасылдау түске боялды деп ойлауға

болады. Басқа ештеңе болған жоқ. Бірақ бұл олай емес. Жарық толқындары жаңа қасиеттерге ие болды. Егер шоқты дәл осындай екінші турмалин кристалы арқылы, біріншіге парааллель

етіп өткізсек, онда осы жаңа қасиеттер байқалады (2,а-сурет).

Кристалдардың осьтері бірдей бағытталғанда да кызығарлык ештеңе болмайды: екінші кристалда жұтылғандықтан жарық шоғы тағы бәсеңдей түседі. Ал егер біріншіні козғамай, екінші кристалды айналдырсақ (2,б- сурет),

таң қаларлық құбылыс - жарықтың сөнгені байқалады. Осьтер арасындағы бұрыш үлкейген сайьш, жарықтың интенсивгігі азаяды. Остер бір- біріне перпендикуляр болғанда, жарық мүлде өтпейді (2,в-сурет). Оны екінші кристалл тұтасымен жұтып алады. Турмалин кристалы жарықты

поляризациялайды, яғни табиғи жарықты жазық поляризацияланған жарыққа түрлендіреді.

Поляроидтар. Жарықты поляризациялайтын тек турмалин кристалы ғана емес. Мысалы, поляроидтар деп аталатындарда да сондай қасиет бар. Поляроид герапатит кристалдарының целлулоид не шыны пластинаға жағылған жұқа (0,1 мм) қабықшасы болады. Турмалин кристалымен жүргізілген тәжірибелерді поляроидпен де жасауға болады. Поляроидтардың артықшылығы - жарықты поляризациялайтын үлкен беттерді жасай алатындығында. Поляроидтың кемшілігі олардың ақ жарыққа күлгін түс беретіндігі.

Төте жасалған тәжірибелер, жарық толқыны көлденең толқын екенін дәлелдейді. Поляризацияланған жарық толқынында тербелістер қатаң түрде белгілі бір бағытта жүреді.

  Табиғи және поляризацияланған жарық – оқушыларға өз білімдерін жеткілікті жетілдіру үшін

 Жарықтың толқындық қасиеті көрінетін құбылыстардың біріне жарықтың поляризациясы жатады. Электр векторы, яғни жарық векторы барлық бағытта тербеліс жасайтын жарықты табиғи жарық деп атайды. Электр векторы бір ғана бағытта немесе тек белгілі бір бағыттарда ғана тербеліс жасайтын жарықты поляризацияланған жарық деп атайды.

 Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі болып табылады да, ол атомдағы электрондарға негізгі әсерін тигізеді. Сондықтан тек жарық векторын – электр өрісі векторын  қарастырамыз. Жарық толқынының электр өрісі векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни әр түрлі жазықтыққа тербелуі мүмкін. Олай болса, электр өрісі векторының  кеңістікке осылайша барлық бағытта таралатын жарығы табиғи жарық деп аталады (1.1-сурет).

 Кейбір жағдайларда жарық толқыны тек белгілі бір бағытта ғана тербелуі мүмкін. Осындай жарық поляризацияланған жарық деп аталады. Жартылай поляризациялаған жарық (1.1 б-сурет) деп – векторының тербелісіне көбінесе бағытталған жарықты айтады. Егер жарық векторы тербелістері бір ғана жазықтықта болса, онда бұл жарық жазық поляризацияланған жарық болады. Бұл жазықтық поляризациялану жазықтығы деп аталады. Жарық толқынының электр векторының  ұшы шеңбер бойымен немесе эллипс сызса, онда жарық толқындары дөңгелектік немесе эллипстік поляризацияланған делінеді. Поляризация дәрежесі деп  шамасын айтады: , мұндағы және  поляризацияланған жарықтың максималды және минималды интенсивтілігі. Табиғи жарық үшін  және  жазық поляризацияланған жарық үшін  және Табиғи жарықты, поляризаторларды пайдаланып, жазық поляризацияланған жарыққа айналдыруға болады. Поляризатор ретінде анизотропты орталарды пайдаланады.

 Малюс заңы

 Поляризатор арқылы  интенсивтілігі бар табиғи жарықты өткізейік (1.2-сурет). А тербеліс амплитудасын екіге бөлуге болады:  және . Өткен толқынның интенсивтілігі пропорционал .

 Поляризатордан өткен жарық , ал бірінші поляризатордан   өткен жазық поляризацияланған жарықтың интенсивтілігі: . Жазық поляризацияланған жарықтың жолына екінші поляризаторды  бірінші поляризаторға  бұрышпен қоямыз (1.3-сурет). Малюс заңы бойынша жарықтың интенсивтілігі өзгереді:

 Демек, екі поляризатордан өткен жарық интесивтілігі:

Бұдан , поляризаторлар параллель болған жағдайда және .

 Жарықтың шағылу және сыну кезіндегі поляризациялануы

 Егер табиғи жарық екі ортаның шекарасына түссе, онда шағылған және сынған сәулелер жартылай поляризацияланған болады (1.4-сурет).

 Шағылу сәулесінде түсу жазықтығына перпендикуляр толқындар басым болады, ал сыну сәулесінде түсу жазықтығында жатқан толқындар.

Егер түсу бұрышы Брюстер бұрышына тең болса _. (1.3) арақатынасы анықтайды, онда шағылған сәуле жазық поляризацияланған болады. Сыну бұрышы бұл жағдайда максимальды поляризацияланады, бірақ толығымен емес.

Шағылған және сынған сәулелер өзара перпендикуляр:  

         немесе бірақ сондықтан 

 Жарық сәулесінің қосарланып сынуы

 Табиғатта және техникада өзіне түскен жарық сәулелерін қосарландырып көрсететін кристалдар кездеседі. Егер осындай кристалдар арқылы біз затты көретін болсақ, онда оның қосарланған кескінін байқауға болады. Мұндай құбылысты жарық сәулелерінің қосарланып сынуы деп атайды. Бұл құбылыс анизатропты ортада жарықтың таралуымен түсіндіріледі. Егер кристалға жарық шоғын бағыттаса, онда кристаллдан бір-біріне параллель екі сәуле шығады (1.5-сурет). Шоқ кристалға нормаль түссе де, сынған  шоқ екіге бөлінеді: біреуі біріншісінің жалғасы болады(кәдімгі деп аталады(о)), ал екіншісі шағылады(өзгеше деп аталады(е)).

 Жарық сәулесімен таралған оптикалық анизатропты кристаллдың бағытталуы кристаллдың оптикалық осі деп аталады. Жарық сәулесінің және кристаллдың оптикалық осі арқылы өтетін жазықтық, кристаллдың негізгі жазықтығы деп аталады. о-сәулесі кристаллдың барлық бағытында бірдей жылдамдықпен таралады   шағылу көрсеткіші n₀ бұл екі орта үшін тұрақты. е-сәулесі әр түрлі бағытта әр түрлі жылдамдықпен таралады    өзгеше сәуленің шағылу көрсеткіші n_е айнымалы шама.