Поляризацияланган жарыкты ким биринчи ачкандыгын аныктоо кыйын. Байыркы адамдар белгилүү бир багыттар боюнча асманды карап, өзгөчө бир жерди байкай алышкан. Поляризациянын көптөгөн кызыкчылыктары бар, жашоонун ар кандай чөйрөлөрүндө өзүн көрсөтөт жана бүгүнкү күндө ал массалык изилдөөлөрдүн жана колдонуунун предмети болуп саналат, бардыгынын себеби Малюс мыйзамы.
Поляризацияланган жарыктын ачылышы
Викингдер багыттоо үчүн асмандын поляризациясын колдонгон болушу мүмкүн. Антпесе да, алар Исландияны жана эң сонун кальцит ташын табышты. Исландиялык шпаты (кальцит) алардын убагында да белгилүү болгон, ал Исландиянын тургундарына анын ысымы милдеттүү. Минерал өзүнүн уникалдуу оптикалык касиеттеринен улам бир жолу навигацияда колдонулган. Ал поляризациянын заманбап ачылышында чоң роль ойногон жана жарыктын поляризациялык компоненттерин бөлүү үчүн тандоо материалы бойдон калууда.
1669-жылы Копенгаген университетинин даниялык математики Эразм Бартолинус кош жарыкты көрүп эле тим болбостон, 60 беттик мемуар жазган кээ бир эксперименттерди да жасаган. Булполяризация эффектинин биринчи илимий сүрөттөлүшү болгон жана авторду жарыктын бул кереметтүү касиетин ачкан деп айтууга болот.
Кристиан Гюйгенс жарыктын импульстук толкун теориясын иштеп чыгып, аны 1690-жылы өзүнүн атактуу Traite de la Lumiere китебинде жарыялаган. Ошол эле учурда Исаак Ньютон өзүнүн «Оптика» (1704) китебинде жарыктын корпускулярдык теориясын алдыга чыгарган. Акырында экөө тең туура жана туура эмес болгон, анткени жарыктын кош мүнөзү бар (толкун жана бөлүкчө). Бирок Гюйгенс процесстин заманбап түшүнүгүнө жакыныраак болгон.
1801-жылы Томас Янг атактуу кош жарактуу интерференция экспериментин жасаган. Жарыктын өзүн толкун сыяктуу алып барарын, ал эми толкундардын суперпозициясы караңгылыкка (кыйратуучу интерференция) алып келери далилденген. Ал өзүнүн теориясын Ньютондун шакекчелери жана табияттан тышкаркы асан-үсөн жаалары сыяктуу нерселерди түшүндүрүү үчүн колдонгон. Илимдеги ачылыш бир нече жылдан кийин Юнг поляризация жарыктын туурасынан кеткен толкун мүнөзүнө байланыштуу экенин көрсөткөндө болду.
Жаш Этьен Луи Малюс коогалаңдуу доордо - Француз революциясынын жана террордун бийлигинин тушунда жашаган. Ал Наполеондун армиясы менен Египетке, ошондой эле Палестинага жана Сирияга басып кирүүгө катышып, бир нече жылдан кийин аны өлтүргөн чума менен ооруган. Бирок ал поляризацияны түшүнүүгө маанилүү салым кошо алды. Поляризатор аркылуу өткөн жарыктын интенсивдүүлүгүн алдын ала айткан Малюстун мыйзамы 21-кылымда суюк кристалл экрандарын түзүүдөгү эң популярдуулардын бири болуп калды.
Сэр Дэвид Брюстер, атактуу илим жазуучусу, оптикалык физиканын дихроизм жана спектрлер сыяктуу предметтерин изилдеген.абсорбция, ошондой эле стереофотография сыяктуу популярдуу темалар. Брюстердин атактуу фразасы белгилүү: "Айнектен башканын баары тунук".
Ал жарыкты изилдөөгө да баа жеткис салым кошкон:
- "Поляризация бурчун" сүрөттөгөн мыйзам.
- Калейдоскоптун ойлоп табуусу.
Брюстер Малюстун көптөгөн асыл таштар жана башка материалдар боюнча эксперименттерин кайталап, айнектеги аномалияны таап, мыйзамды ачкан - "Брюстер бурчу". Анын айтымында, "…нур поляризацияланганда, чагылган нур сынган нур менен тик бурчту түзөт."
Малус поляризация мыйзамы
Поляризация жөнүндө сөз кылуудан мурун, адегенде жарык жөнүндө эстеп алышыбыз керек. Жарык - бул толкун, бирок кээде бөлүкчө. Бирок кандай болгон күндө да, жарыкты толкун, сызык катары, ал лампадан көзгө чейин барат деп ойлосок, поляризация мааниси бар. Көпчүлүк жарык - бул бардык багытта дирилдеген жарык толкундарынын аралаш башаламандыгы. Термелүүнүн бул багыты жарыктын поляризациясы деп аталат. Поляризатор бул башаламандыкты тазалоочу аппарат. Ал жарыкты аралаштырган нерселердин баарын кабыл алат жана белгилүү бир багытта термелүүчү жарыкты гана өткөрөт.
Малюс мыйзамынын формулировкасы: анализаторго толугу менен жалпак поляризацияланган жарык түшкөндө, анализатор өткөргөн жарыктын интенсивдүүлүгү анализатордун өткөрүү окторунун ортосундагы бурчтун косинусунун квадратына түз пропорционал болот. поляризатор.
Туурасынан кеткен электромагниттик толкун электрдик жана магниттик талааны камтыйт жана жарык толкунундагы электр талаасы жарык толкунунун таралуу багытына перпендикуляр. Жарык термелүүсүнүн багыты электрдик вектор E.
Кадимки поляризацияланбаган нур үчүн жарык поляроид аркылуу өткөндө электр вектору өз багытын туш келди өзгөртө берет, натыйжада жарык поляризацияланган тегиздик болуп, анын электр вектору белгилүү бир багытта титиреп турат. Пайда болгон нур векторунун багыты поляроиддин ориентациясынан көз каранды жана поляризация тегиздиги E-векторду жана жарык шооласын камтыган тегиздик катары долбоорлонгон.
Төмөнкү сүрөттө EI вертикалдык векторунун жана EII горизонталдык векторунун эсебинен жалпак поляризацияланган жарык көрсөтүлгөн.
Поляризацияланбаган жарык поляроид P 1 аркылуу, андан кийин поляроид P 2 аркылуу өтүп, y ox-s менен θ бурчту түзөт. x багыты боюнча тараган жарык поляроид P 1 аркылуу өткөндөн кийин, поляризацияланган жарык менен байланышкан электрдик вектор у огу боюнча гана титирет.
Эгер бул поляризацияланган нурдан кайрадан у огу менен θ бурч жасап, поляризацияланган P 2 аркылуу өтүүгө уруксат берсек, анда E 0 P 2ге түшкөн электр талаасынын амплитудасы болсо, анда анын амплитудасы болот. P 2ден чыккан толкун E 0 cosθге барабар болот, демек, чыгып жаткан нурдун интенсивдүүлүгү Малюс мыйзамына (формуласына) ылайык болот I=I 0 cos 2 θ
мында I 0 - θ=0 болгондо P 2ден чыккан нурдун интенсивдүүлүгүθ - анализатор менен поляризатордун өткөрүү тегиздиктеринин ортосундагы бурч.
Жарыктын интенсивдүүлүгүн эсептөө мисалы
Малус мыйзамы: I 1=I o cos 2 (q);
мында q - жарыктын поляризация багыты менен поляризатор өткөрүү огу ортосундагы бурч.
Интенсивдүүлүгү I o=16 Вт/м 2 болгон поляризацияланбаган жарык жуп поляризаторлорго түшөт. Биринчи поляризатор вертикалдан 50° аралыкта тегизделген өткөргүч огуна ээ. Экинчи поляризатордун өткөрүү огу вертикалдан 20o аралыкта тегизделген.
Малюс мыйзамын сынап көрүү үчүн жарыктын биринчи поляризатордон чыккандагы интенсивдүүлүгүн эсептөө аркылуу жасалышы мүмкүн:
4 Вт/м 2
16 cos 2 50o
8 Вт/м 2
12 Вт/м 2
Жарык поляризацияланбайт, андыктан I 1=1/2 I o=8 Вт/м 2.
Экинчи поляризатордон жарыктын интенсивдүүлүгү:
I 2=4 Вт/м 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 Вт/м 2
Малюс мыйзамынан кийин, анын формуласы жарык биринчи поляризатордон чыкканда 50o сызыктуу поляризацияланарын тастыктайт. Бул менен экинчи поляризатордун өткөрүү огу ортосундагы бурч 30°. Ошондуктан:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 Вт/м 2.
Эми интенсивдүүлүгү 16 Вт/м 2 болгон жарык шооласынын сызыктуу поляризациясы бир эле жуп поляризаторго туура келет. Жарыктын поляризация багыты вертикалдан 20o.
Биринчи жана экинчи поляризаторлордон чыккан жарыктын интенсивдүүлүгү. Ар бир поляризатор аркылуу өткөндө интенсивдүүлүк 3/4 эсе азаят. Биринчи поляризатордон чыккандан кийининтенсивдүүлүк 163/4 =12 Вт/м2 жана экинчиден өткөндөн кийин 123/4 =9 Вт/м2 чейин төмөндөйт.
Малузиянын поляризация мыйзамы жарыкты поляризациянын бир багытынан экинчисине буруу үчүн көбүрөөк поляризаторлорду колдонуу менен интенсивдүүлүктү жоготуу азаят дейт.
Сиз поляризациянын багытын 90o бурушуңуз керек дейли.
| N, поляризаторлордун саны | Кийинки поляризаторлордун ортосундагы бурч | I 1 / I o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [себеби 2 (90 o / N)] N |
Брюстердин чагылуу бурчунун эсеби
Жарык бетке тийгенде жарыктын бир бөлүгү чагылып, бир бөлүгү ага өтөт (сынган). Бул чагылуунун жана сынуунун салыштырмалуу өлчөмү жарыктан өткөн заттарга, ошондой эле жарыктын бетине тийген бурчка жараша болот. Жарыктын мүмкүн болушунча сынуусуна (кирүүсүнө) мүмкүндүк берүүчү заттарга жараша оптималдуу бурч бар. Бул оптималдуу бурч шотландиялык физик Дэвид Брюстердин бурчу катары белгилүү.
Бурчту эсептеңизКадимки поляризацияланган ак жарык үчүн Брюстер төмөнкү формула менен өндүрүлөт:
тета=арктан (n1 / n2), мында тета - Брюстер бурчу, n1 жана n2 - эки медианын сынуу көрсөткүчтөрү.
Айнек аркылуу жарыктын максималдуу өтүүсү үчүн эң жакшы бурчту эсептөө үчүн - сынуу көрсөткүчүнүн таблицасынан биз аба үчүн сынуу көрсөткүчү 1,00 жана айнек үчүн сынуу көрсөткүчү 1,50 экенин табабыз.
Брюстер бурчу арктан (1,50 / 1,00)=арктан (1,50)=56 градус (болжол менен).
Суунун максималдуу өтүшү үчүн эң жакшы жарык бурчун эсептөө. Сынуу көрсөткүчтөрүнүн таблицасынан абанын сынуу көрсөткүчү 1,00, суунун сынуу көрсөткүчү 1,33 экени келип чыгат.
Брюстер бурчу арктан (1,33 / 1,00)=арктан (1,33)=53 градус (болжол менен).
Поляризацияланган жарыкты колдонуу
Жөнөкөй адам дүйнөдө поляризаторлор канчалык интенсивдүү колдонуларын элестете да албайт. Малюс мыйзамынын жарыгынын поляризациясы бизди бардык жерде курчап турат. Мисалы, Polaroid очки сыяктуу популярдуу нерселер, ошондой эле камера линзалары үчүн атайын поляризациялык чыпкаларды колдонуу. Ар кандай илимий приборлор лазер же поляризациялоочу ысытуу лампалары менен флуоресценттик булактардан чыккан поляризацияланган жарыкты колдонушат.
Поляризаторлор кээде жаркылоону азайтуу жана бир калыпта жарык берүү үчүн бөлмө жана сахна жарыгында жана 3D тасмаларына көзгө көрүнөрлүк тереңдик берүү үчүн көз айнек катары колдонулат. Поляризаторлор да өтүп кеттикосмонавттын уктап жатканда көзүнө түшкөн жарыктын көлөмүн кескин азайтуу үчүн космостук костюмдарда колдонулат.
Табигаттагы оптика сырлары
Эмне үчүн көк асман, кызыл күндүн батышы жана ак булуттар? Бул суроолор бала кезинен бери баарына белгилүү. Малюс жана Брюстер мыйзамдары бул табигый эффекттерге түшүндүрмө берет. Күндүн аркасында асманыбыз абдан түстүү. Анын ачык ак жарыгында асан-үсөндүн бардык түстөрү камтылган: кызыл, кызгылт сары, сары, жашыл, көк, индиго жана кызгылт көк. Белгилүү шарттарда адам асан-үсөндү, же күндүн батышын, же боз кечти тосуп алат. Күн нурунун “чачыраганынан” асман көк. Көк түстө башка түскө караганда толкун узундугу кыскараак жана энергиясы көбүрөөк.
Натыйжада көк түс аба молекулалары тарабынан тандалып сиңирип, андан соң кайра бардык багыттар боюнча бөлүнүп чыгат. Башка түстөр азыраак чачыранды, ошондуктан, адатта, көрүнбөйт. Түшкү күн көк түсүн сиңирип алгандан кийин сары болот. Күн чыкканда же күн батканда күн нуру төмөн бурч менен кирип, атмосферанын чоң калыңдыгынан өтүшү керек. Натыйжада, көк түс кылдат чачырап, анын көбү абага толугу менен сиңип, жоголуп, башка түстөрдү, өзгөчө кызгылт сары жана кызылдарды чачып, даңазалуу түс горизонтунун түзүлүшүнө алып келет.
Күн нурунун түстөрү жер бетиндеги жашыл чөп же бирюза океаны болобу, биз сүйгөн бардык түстөр үчүн жооптуу. Ар бир объекттин бети чагылдыра турган белгилүү түстөрдү тандайтөзүңүздү айырмалаңыз. Булуттар көбүнчө ак түстө болот, анткени алар ар кандай түстөгү эң сонун рефлекторлор же диффузорлор. Бардык кайтарылган түстөр нейтралдуу ак түскө кошулат. Кээ бир материалдар сүт, бор жана кант сыяктуу бардык түстөрдү бирдей чагылдырат.
Астрономияда поляризациялык сезгичтиктин мааниси
Узак убакыт бою Малюс мыйзамын, астрономиядагы поляризациянын таасирин изилдөөгө көңүл бурулбай келген. Starlight дээрлик толугу менен поляризацияланбаган жана стандарт катары колдонулушу мүмкүн. Астрономияда поляризацияланган жарыктын болушу жарыктын кантип жаралганын айтып бере алат. Кээ бир суперноваларда бөлүнүп чыккан жарык поляризацияланбайт. Жылдыздын каралып жаткан бөлүгүнө жараша башка поляризацияны көрүүгө болот.
Тумандуулуктун ар кайсы аймактарынан келген жарыктын поляризациясы жөнүндөгү бул маалымат изилдөөчүлөргө көмүскө жылдыздын жайгашкан жери тууралуу маалымат бере алат.
Башка учурларда, поляризацияланган жарыктын болушу көзгө көрүнбөгөн галактиканын бүт бөлүгү жөнүндө маалыматты ачып бере алат. Астрономияда поляризацияга сезгич өлчөөлөрдүн дагы бир колдонулушу магнит талаасынын бар экендигин аныктоо болуп саналат. Күн таажысынан чыккан жарыктын өзгөчө түстөрүнүн тегерек поляризациясын изилдөө менен илимпоздор бул жерлердеги магнит талаасынын күчү жөнүндө маалыматтарды табышты.
Оптикалык микроскопия
Поляризацияланган жарык микроскобу көзгө көрүнгөн үлгүлөрдү байкоо жана сүрөткө тартуу үчүн иштелип чыккан.алардын оптикалык анизотроптук мүнөзү. Анизотроптук материалдар алар аркылуу өткөн жарыктын таралуу багыты менен өзгөрүп турган оптикалык касиеттерге ээ. Бул тапшырманы аткаруу үчүн микроскоп үлгүнүн алдындагы жарык жолунда жайгаштырылган поляризатор менен да, объективдүү арткы апертура менен көрүү түтүктөрүнүн же камера портунун ортосундагы оптикалык жолго жайгаштырылган анализатор (экинчи поляризатор) менен жабдылышы керек..
Поляризацияны биомедицинада колдонуу
Бүгүнкү күндө бул популярдуу тенденция биздин денебизде оптикалык активдүү көптөгөн кошулмалар бар экендигине негизделген, башкача айтканда, алар аркылуу өткөн жарыктын поляризациясын айланта алат. Ар түрдүү оптикалык активдүү кошулмалар жарыктын поляризациясын ар кандай өлчөмдө жана ар кандай багытта айланта алат.
Кээ бир оптикалык активдүү химиялык заттар көз оорусунун алгачкы стадияларында жогорку концентрацияда болот. Дарыгерлер бул билимди келечекте көз ооруларын аныктоо үчүн колдонушу мүмкүн. Врач бейтаптын көзүнө поляризацияланган жарык булагын жаркыратып, торчодон чагылган жарыктын поляризациясын өлчөйт деп элестетүүгө болот. Көз ооруларын текшерүү үчүн инвазивдүү эмес ыкма катары колдонулат.
Заманбаптын белеги - ЖК экран
Эгер сиз ЖК экранды жакшылап карасаңыз, бул сүрөт тордо тизилген түстүү квадраттардын чоң массиви экенин байкайсыз. Аларда Малюс мыйзамынын колдонулушун табышкан,ар бир квадраттын же пикселдин өзүнүн түсүнө ээ болгон шарттарды түзгөн процесстин физикасы. Бул түс ар бир интенсивдүүлүктө кызыл, жашыл жана көк жарыктын айкалышы. Бул негизги түстөр адамдын көзү көрө ала турган бардык түстөрдү кайталай алат, анткени биздин көзүбүз трихроматикалык.
Башкача айтканда, алар үч түстүү каналдын ар биринин интенсивдүүлүгүн талдоо аркылуу жарыктын белгилүү толкун узундуктарын болжолдойт.
Дисплейлер бул кемчиликтен пайдаланып, кабылдагычтын ар бир түрүн тандап багытталган үч толкун узундугун гана көрсөтөт. Суюк кристалл фазасы негизги абалда болот, анда молекулалар катмарларга ориентацияланат жана ар бир кийинки катмар спираль формасында бир аз ийрилет.
7-сегменттүү LCD дисплей:
- Оң электрод.
- Терс электрод.
- Поляризатор 2.
- Дисплей.
- Поляризатор 1.
- Суюк кристалл.
Бул жерде ЖК электроддор менен жабдылган эки айнек плитанын ортосунда жайгашкан. Суюк кристаллдар деп аталган "бурулган молекулалар" менен тунук химиялык кошулмалардын ЖК. Кээ бир химиялык заттардагы оптикалык активдүүлүктүн кубулушу алардын поляризацияланган жарыктын тегиздигин айландыруу жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу.
Stereopsis 3D тасмалары
Поляризация адамдын мээсине эки сүрөттүн ортосундагы айырмачылыктарды талдоо аркылуу 3D жасалмалоого мүмкүндүк берет. Адамдар 3D көрө албайт, биздин көзүбүз 2D гана көрө алат. Сүрөттөр. Бирок мээбиз ар бир көздүн көргөн нерселериндеги айырмачылыктарды талдоо аркылуу объектилердин канчалык алыс экенин түшүнө алат. Бул процесс Stereopsis деп аталат.
Мээбиз псевдо-3Dди гана көрө алгандыктан, кинорежиссерлор бул процессти голограммаларга кайрылбастан үч өлчөмдүү элес жаратуу үчүн колдоно алышат. Бардык 3D тасмалар эки сүрөт, ар бир көз үчүн бирден жеткирүү менен иштейт. 1950-жылдарга карата поляризация сүрөттү бөлүүнүн басымдуу ыкмасы болуп калды. Театрларда бир эле учурда эки проектор иштей баштады, ар бир объективде сызыктуу поляризатор бар.
Учурдагы 3D тасмалар үчүн технология ориентация маселесин чечкен тегерек поляризацияга өттү. Бул технология учурда RealD тарабынан өндүрүлгөн жана 3D рыногунун 90% түзөт. RealD тегерек чыпкасын чыгарды, ал сааттын жебеси боюнча жана сааттын жебесине каршы поляризациянын ортосунда тез которулат, андыктан эки проектордун ордуна бир гана проектор колдонулат.
