Поляризацияланған жарықты алғаш ашқан кім екенін анықтау қиын. Ежелгі адамдар аспанға белгілі бір бағытта қарау арқылы ерекше нүктені байқай алады. Поляризацияның көптеген сырлары бар, өмірдің әртүрлі салаларында көрінеді және бүгінгі күні ол жаппай зерттеу мен қолданудың нысаны болып табылады, барлығының себебі - Малюс заңы.
Поляризацияланған жарықтың ашылуы
Викингтер шарлау үшін аспанның поляризациясын пайдаланған болуы мүмкін. Егер олар болмаса да, олар Исландияны және керемет кальцит тасты тапты. Исландия шпаты (кальцит) тіпті өз заманында белгілі болды, ол Исландияның тұрғындарына өз есімін беруге міндетті. Бір кездері минерал бірегей оптикалық қасиеттеріне байланысты навигацияда қолданылған. Ол поляризацияның заманауи ашылуында үлкен рөл атқарды және жарықтың поляризация компоненттерін бөлу үшін таңдаулы материал болып қала береді.
1669 жылы Копенгаген университетінің дат математигі Эразм Бартолинус қос жарықты көріп қана қоймай, 60 беттік естелік жазып, біраз тәжірибелер жасады. Бұлполяризация эффектінің алғашқы ғылыми сипаттамасы болды және авторды жарықтың осы таңғажайып қасиетін ашушы деп санауға болады.
Кристиан Гюйгенс 1690 жылы өзінің әйгілі Traite de la Lumiere кітабында жариялаған жарықтың импульстік толқындық теориясын жасады. Сонымен бірге Исаак Ньютон өзінің «Оптика» (1704) кітабында жарықтың корпускулярлық теориясын алға тартты. Ақырында, екеуі де дұрыс және бұрыс болды, өйткені жарықтың екі жақты сипаты бар (толқын және бөлшек). Дегенмен Гюйгенс бұл процесті заманауи түсінуге жақынырақ болды.
1801 жылы Томас Янг әйгілі қос саңылаулы интерференция тәжірибесін жасады. Жарықтың толқын сияқты әрекет ететіні, ал толқындардың суперпозициясы қараңғылыққа (деструктивті интерференция) әкелуі мүмкін екендігі дәлелденді. Ол өзінің теориясын Ньютон сақиналары мен табиғаттан тыс кемпірқосақ доғалары сияқты нәрселерді түсіндіру үшін пайдаланды. Бірнеше жылдан кейін Юнг поляризация жарықтың көлденең толқындық сипатына байланысты екенін көрсеткен кезде ғылымдағы жаңалық болды.
Жас Этьен Луи Малюс аумалы-төкпелі дәуірде – Француз революциясы мен террор билігі кезінде өмір сүрді. Ол Наполеон әскерімен бірге Мысырға, сондай-ақ Палестинаға және Сирияға басып кіруге қатысып, бірнеше жылдан кейін оны өлтірген обамен ауырды. Бірақ ол поляризацияны түсінуге маңызды үлес қоса алды. Поляризатор арқылы өтетін жарықтың қарқындылығын болжайтын Малюс заңы 21 ғасырда сұйық кристалды экрандарды жасау кезіндегі ең танымал заңның біріне айналды.
Сэр Дэвид Брюстер, атақты ғылым жазушысы, дихроизм және спектрлер сияқты оптикалық физика пәндерін зерттегенсіңіру, сондай-ақ стереофотография сияқты танымал тақырыптар. Брюстердің әйгілі фразасы белгілі: "Әйнектен басқаның бәрі мөлдір".
Ол жарықты зерттеуге де баға жетпес үлес қосты:
- «Поляризация бұрышын» сипаттайтын заң.
- Калейдоскоптың өнертабысы.
Брюстер Малюстің көптеген асыл тастар мен басқа материалдарға жасаған тәжірибелерін қайталап, әйнекте аномалияны тауып, «Брюстер бұрышы» заңын ашты. Оның айтуынша, «…сәуле поляризацияланған кезде, шағылған сәуле сынған сәулемен тік бұрыш жасайды.»
Малус поляризация заңы
Поляризация туралы айтпас бұрын, алдымен жарық туралы есте сақтау керек. Жарық кейде бөлшек болғанымен толқын. Бірақ кез келген жағдайда, поляризация жарықты толқын, сызық ретінде қарастырсақ, ол шамдан көзге дейін өтеді. Жарықтың көпшілігі - бұл барлық бағытта тербелетін жарық толқындарының аралас араласуы. Бұл тербеліс бағыты жарықтың поляризациясы деп аталады. Поляризатор - бұл ластануды тазартатын құрылғы. Ол жарықты араластыратын кез келген нәрсені қабылдайды және белгілі бір бағытта тербелетін жарықты ғана өткізеді.
Малюс заңының тұжырымы: анализаторға толығымен жазық поляризацияланған жарық түскенде, анализатор жіберетін жарықтың интенсивтілігі анализатордың өткізу осі мен арасындағы бұрыш косинусының квадратына тура пропорционал болады. поляризатор.
Көлденең электромагниттік толқынның құрамында электр және магнит өрісі бар, ал жарық толқынындағы электр өрісі жарық толқынының таралу бағытына перпендикуляр. Жарық дірілінің бағыты E электрлік векторы.
Кәдімгі поляризацияланбаған сәуле үшін жарық поляроид арқылы өткенде электр векторы өз бағытын кездейсоқ өзгертеді, нәтижесінде алынған жарық оның электр векторы белгілі бір бағытта тербелетін поляризацияланған жазықтыққа айналады. Пайда болатын сәуле векторының бағыты поляройдтың бағытына байланысты, ал поляризация жазықтығы құрамында E-векторы мен жарық сәулесі бар жазықтық ретінде жобаланған.
Төмендегі сурет EI тік векторы мен EII көлденең векторының арқасында жалпақ поляризацияланған жарықты көрсетеді.
Поляризацияланбаған жарық поляроид P 1 арқылы, содан кейін полароид P 2 арқылы өтіп, y ax-s көмегімен θ бұрышын құрайды. x бағыты бойынша таралатын жарық полароид P 1 арқылы өткеннен кейін поляризацияланған жарықпен байланысты электрлік вектор тек у осінің бойымен дірілдейді.
Енді осы поляризацияланған сәулені y осімен θ бұрыш жасай отырып, поляризацияланған P 2 арқылы қайтадан өтуге мүмкіндік берсек, онда E 0 P 2-ге түсетін электр өрісінің амплитудасы болса, онда амплитудасы P 2-ден шығатын толқын E 0 cosθ-қа тең болады, демек, пайда болған сәуленің интенсивтілігі Малюс заңына сәйкес болады (формула) I=I 0 cos 2 θ
мұндағы I 0 – θ=0 болғанда P 2-ден шығатын сәуленің қарқындылығыθ – анализатор мен поляризатордың беріліс жазықтықтары арасындағы бұрыш.
Жарық қарқындылығын есептеу мысалы
Малус заңы: I 1=I o cos 2 (q);
мұндағы q – жарықтың поляризация бағыты мен поляризаторды беру осі арасындағы бұрыш.
Интенсивтілігі I o=16 Вт/м 2 поляризацияланбаған жарық бір жұп поляризаторға түседі. Бірінші поляризатордың вертикальдан 50° қашықтықта тураланған беріліс осі бар. Екінші поляризатордың беріліс осі вертикальдан 20o қашықтықта тураланған.
Малюс заңын сынауды бірінші поляризатордан шыққан кездегі жарықтың қарқындылығын есептеу арқылы жасауға болады:
4 Вт/м 2
16 себебі 2 50o
8 Вт/м 2
12 Вт/м 2
Жарық поляризацияланбаған, сондықтан I 1=1/2 I o=8 Вт/м 2.
Екінші поляризатордан түсетін жарық қарқындылығы:
I 2=4 Вт/м 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 Вт/м 2
Малюс заңынан кейін, оның тұжырымы жарық бірінші поляризатордан шыққанда 50o-та сызықты поляризацияланатынын растайды. Осы мен екінші поляризатордың беріліс осі арасындағы бұрыш 30°. Сондықтан:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 Вт/м 2.
Енді интенсивтілігі 16 Вт/м 2 жарық шоғының сызықтық поляризациясы бірдей поляризаторлар жұбына түседі. Түскен жарықтың поляризация бағыты вертикальдан 20o.
Бірінші және екінші поляризаторлардан шығатын жарық интенсивтілігі. Әрбір поляризатор арқылы өткенде қарқындылық 3/4 есе азаяды. Бірінші поляризаторды қалдырғаннан кейінқарқындылығы 163/4 =12 Вт/м2 және екіншіден өткеннен кейін 123/4 =9 Вт/м2 дейін төмендейді.
Малузияның поляризация заңы жарықты поляризацияның бір бағытынан екіншісіне бұру үшін көбірек поляризаторларды пайдалану арқылы қарқындылық жоғалуы азайтылатынын айтады.
Поляризация бағытын 90o бұру керек делік.
| N, поляризаторлар саны | Кейінгі поляризаторлар арасындағы бұрыш | Мен 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 | [өйткені 2 (90 o / N)] N |
Брюстердің шағылысу бұрышын есептеу
Жарық бетке түскенде, жарықтың бір бөлігі шағылады, ал бір бөлігі енеді (сынды). Бұл шағылу мен сынудың салыстырмалы мөлшері жарық арқылы өтетін заттарға, сондай-ақ жарықтың бетке түсу бұрышына байланысты. Жарықтың мүмкіндігінше сынуына (еніп кетуіне) мүмкіндік беретін заттарға байланысты оңтайлы бұрыш бар. Бұл оңтайлы бұрыш шотланд физигі Дэвид Брюстердің бұрышы ретінде белгілі.
Бұрышты есептеңізКәдімгі поляризацияланған ақ жарыққа арналған Brewster мына формула бойынша шығарылады:
тета=арктан (n1 / n2), мұндағы тета - Брюстер бұрышы, n1 және n2 - екі ортаның сыну көрсеткіштері.
Жарықтың шыны арқылы максималды өтуі үшін ең жақсы бұрышты есептеу үшін - сыну көрсеткіші кестесінен ауаның сыну көрсеткіші 1,00, ал шыны үшін сыну көрсеткіші 1,50 екенін анықтаймыз.
Брюстер бұрышы арктан (1,50 / 1,00)=арктан (1,50)=56 градус (шамамен) болады.
Судың максималды өтуі үшін ең жақсы жарық бұрышын есептеу. Сыну көрсеткіштері кестесінен ауаның сыну көрсеткіші 1,00, ал судың сыну көрсеткіші 1,33 екені шығады.
Брюстер бұрышы арктан (1,33 / 1,00)=арктан (1,33)=53 градус (шамамен).
Поляризацияланған жарықты пайдалану
Қарапайым қарапайым адам әлемде поляризаторлардың қаншалықты қарқынды қолданылатынын елестете де алмайды. Малюс заңының жарығы поляризациясы бізді барлық жерде қоршайды. Мысалы, Polaroid күннен қорғайтын көзілдірік сияқты танымал заттар, сондай-ақ камера линзалары үшін арнайы поляризациялық сүзгілерді пайдалану. Әртүрлі ғылыми аспаптар лазерлер немесе поляризациялау қыздыру шамдары мен флуоресцентті көздер арқылы шығарылатын поляризацияланған жарықты пайдаланады.
Поляризаторлар кейде жарқырауды азайту және біркелкі жарықтандыруды қамтамасыз ету үшін бөлме мен сахна жарығында және 3D фильмдеріне көрінетін тереңдік сезімін беру үшін көзілдірік ретінде пайдаланылады. Біркелкі поляризаторлар қиылысадығарыштық костюмдерде ұйықтап жатқанда ғарышкердің көзіне түсетін жарық мөлшерін айтарлықтай азайту үшін қолданылады.
Табиғаттағы оптиканың құпиялары
Неге көк аспан, қызыл күн батуы және ақ бұлт? Бұл сұрақтар барлығына бала кезінен белгілі. Малюс пен Брюстер заңдары осы табиғи әсерлерге түсініктеме береді. Күннің арқасында аспанымыз өте түрлі-түсті. Оның ашық ақ жарығында кемпірқосақтың барлық түстері бар: қызыл, қызғылт сары, сары, жасыл, көк, индиго және күлгін. Белгілі бір жағдайларда адам кемпірқосақты немесе күннің батуын немесе сұр кешті кездестіреді. Күн сәулесінің «шашырауынан» аспан көгілдір. Көк түстің басқа түстерге қарағанда толқын ұзындығы қысқарақ және энергиясы көп.
Нәтижесінде көк ауа молекулаларымен таңдамалы түрде жұтылады, содан кейін барлық бағытта қайтадан бөлінеді. Басқа түстер аз шашыраған, сондықтан әдетте көрінбейді. Түскі күн өзінің көк түсін сіңіргеннен кейін сары болады. Күн шыққанда немесе батқанда күн сәулесі төмен бұрышпен кіреді және атмосфераның үлкен қалыңдығынан өтуі керек. Нәтижесінде көгілдір түс мұқият шашырап, оның көп бөлігі ауаға толығымен сіңіп, жоғалып, басқа түстерді, әсіресе қызғылт сары және қызыл түстерді шашыратып, керемет түс көкжиегін жасайды.
Күн сәулесінің түстері жердегі біз жақсы көретін барлық реңктерге, жасыл шөп немесе көгілдір мұхит болсын, жауапты. Әрбір нысанның беті көрсету үшін көрсететін нақты түстерді таңдайдыөзіңді ажырат. Бұлттар жиі ақ түсті, өйткені олар кез келген түстің тамаша шағылыстырғыштары немесе диффузорлары. Барлық қайтарылған түстер бейтарап ақ түске қосылады. Кейбір материалдар сүт, бор және қант сияқты барлық түстерді біркелкі көрсетеді.
Астрономиядағы поляризация сезімталдығының маңыздылығы
Ұзақ уақыт бойы Малюс заңын, астрономиядағы поляризацияның әсерін зерттеу назардан тыс қалды. Жұлдыз жарығы толығымен дерлік поляризацияланбаған және оны стандарт ретінде пайдалануға болады. Астрономияда поляризацияланған жарықтың болуы жарықтың қалай пайда болғанын айта алады. Кейбір суперновалардағы жарық поляризацияланбайды. Жұлдыздың қаралатын бөлігіне байланысты басқа поляризацияны көруге болады.
Тұмандықтың әртүрлі аймақтарындағы жарықтың поляризациясы туралы бұл ақпарат зерттеушілерге көлеңкелі жұлдыздың орналасқан жері туралы анықтама бере алады.
Басқа жағдайларда поляризацияланған жарықтың болуы көрінбейтін галактиканың бүкіл бөлігі туралы ақпаратты аша алады. Астрономияда поляризацияға сезімтал өлшемдердің тағы бір қолданылуы магнит өрістерінің болуын анықтау болып табылады. Күн тәжінен шығатын өте ерекше жарық түстерінің дөңгелек поляризациясын зерттей отырып, ғалымдар бұл жерлерде магнит өрісінің күші туралы ақпаратты тапты.
Оптикалық микроскопия
Поляризацияланған жарық микроскоп арқылы көрінетін үлгілерді байқауға және суретке түсіруге арналған.олардың оптикалық анизотропты табиғаты. Анизотропты материалдардың оптикалық қасиеттері бар, олар арқылы өтетін жарықтың таралу бағытына қарай өзгереді. Бұл тапсырманы орындау үшін микроскоп үлгінің алдындағы бір жердегі жарық жолында орналастырылған поляризатормен де, объективті артқы апертура мен көру түтіктері немесе камера порты арасындағы оптикалық жолға орналастырылған анализатормен (екінші поляризатор) жабдықталуы керек..
Поляризацияны биомедицинада қолдану
Бүгінгі таңда бұл танымал тренд біздің денемізде оптикалық белсенді көптеген қосылыстар бар екеніне негізделген, яғни олар арқылы өтетін жарықтың поляризациясын айналдыра алады. Әртүрлі оптикалық белсенді қосылыстар жарықтың поляризациясын әртүрлі мөлшерде және әртүрлі бағытта бұра алады.
Кейбір оптикалық белсенді химиялық заттар көз ауруларының ерте кезеңдерінде жоғары концентрацияда болады. Дәрігерлер бұл білімді болашақта көз ауруларын диагностикалау үшін пайдалана алады. Дәрігер науқастың көзіне поляризацияланған жарық көзін түсіріп, торлы қабықтан шағылған жарықтың поляризациясын өлшейтінін елестетуге болады. Көз ауруын тексеру үшін инвазивті емес әдіс ретінде пайдаланылады.
Заманауи сыйы - СКД экран
Сұйық кристалды экранға мұқият қарасаңыз, кескіннің торда реттелген түрлі-түсті квадраттардың үлкен массиві екенін байқайсыз. Оларда Малюс заңының қолданылуын тапты,әрбір квадраттың немесе пикселдің өзіндік түсі болған жағдайда жағдай жасаған процестің физикасы. Бұл түс әрбір қарқындылықтағы қызыл, жасыл және көк жарықтың үйлесімі. Бұл негізгі түстер адам көзі көретін кез келген түсті шығара алады, себебі біздің көздеріміз трихроматикалық.
Басқа сөзбен айтқанда, олар үш түсті арнаның әрқайсысының қарқындылығын талдау арқылы жарықтың нақты толқын ұзындығын шамалайды.
Дисплейлер рецепторлардың әрбір түрін таңдап алатын үш толқын ұзындығын ғана көрсету арқылы бұл кемшілікті пайдаланады. Сұйық кристалдық фаза негізгі күйде болады, онда молекулалар қабаттарға бағытталған және әрбір келесі қабат спираль пішінін қалыптастыру үшін аздап бұрылады.
7 сегментті СКД дисплей:
- Оң электрод.
- Теріс электрод.
- Поляризатор 2.
- Дисплей.
- Поляризатор 1.
- Сұйық кристал.
Мұнда СКД электродтармен жабдықталған екі шыны пластина арасында орналасқан. Сұйық кристалдар деп аталатын «бұралған молекулалары» бар мөлдір химиялық қосылыстардың СКД. Кейбір химиялық заттардағы оптикалық белсенділік құбылысы олардың поляризацияланған жарық жазықтығын айналдыру қабілетіне байланысты.
Stereopsis 3D фильмдері
Поляризация адам миына екі кескіннің арасындағы айырмашылықты талдау арқылы 3D жалған жасауға мүмкіндік береді. Адамдар 3D-де көре алмайды, біздің көзіміз тек 2D-де көреді. Суреттер. Дегенмен, біздің миымыз әр көздің көретін айырмашылықтарын талдау арқылы объектілердің қаншалықты алыс екенін түсіне алады. Бұл процесс стереопсис деп аталады.
Біздің миымыз тек псевдо-3D-ді ғана көре алатындықтан, режиссерлер бұл процесті голограммаларға жүгінбей-ақ үш өлшемді елесін жасау үшін пайдалана алады. Барлық 3D фильмдер екі фотосуретті жеткізу арқылы жұмыс істейді, әр көзге бір. 1950 жылдары поляризация кескінді бөлудің басым әдісіне айналды. Театрларда бір уақытта екі проектор жұмыс істей бастады, әр объективте сызықтық поляризатор бар.
3D фильмдерінің қазіргі буыны үшін технология бағдар мәселесін шешетін дөңгелек поляризацияға ауысты. Бұл технология қазіргі уақытта RealD компаниясымен жасалған және 3D нарығының 90% құрайды. RealD сағат тілімен және сағат тіліне қарсы поляризация арасында өте жылдам ауысатын дөңгелек сүзгіні шығарды, сондықтан екі проектордың орнына бір ғана проектор пайдаланылады.
