Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лекция 18. Поляризация света. Взаимодествие света с веществом.⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 14
§18-1 Явление поляризации. Обычно считается, чтопонятие поляризации связано с сохранением неизменной ориен-тации плоскости колебаний. Говорить о поляризации имеет смысл только для поперечных колебаний. Свет, как мы знаем, является электромагнитной волной, а эти волны – попереч-ны и поляризованы (см.рис.37) так, что казалось бы, световые колебания всегда должны быть поляризованы. Однако мы знаем, что световые волны испускаются отдельными цуга-ми, продолжительность которых не превышает 10–8 сек. Процесс испускания является слу-
только с одним направлением плоскости колебаний электрического вектора Е, так что на выходе поляризатора свет становится плоско (линейно) поляризованным. Человеческий глаз не в состоянии обнаружить, поляризован свет или неполяризован. Для того, чтобы обнаружить это, необходимо использовать второе такое же приспособление, которое на-зывают анализатором. Если направление пропускания анализатора и поляризатора совпа-дают, луч света на выходе из анализатора имеет максимальную интенсивность. При про-извольном угле a между направлениями анализатора и поляризатора (см.рис.53) амплитуда световых колебаний, выходящих из анализатора ЕА = ЕП cosa, где ЕП – амплитуда колеба-ний на выходе из поляризатора. В электромагнитной волне плотность энергии (интенсив-ность) пропорциональна квадрату амплитуды колебаний Е, т.е. I П ~ Е и IА ~ Е . На осно-вании этого получаем: . Это соотношение называется законом Малюса. §18-2 Закон Брюстера. Простейшим приспособлением для поляризации света может служить прозрачное диэлектрическое зеркало. Пусть на диэлектрик (см. рис.54) падает луч естественного све-
кости чертежа, а в преломленном предпочтительнее оказываются направления колебаний в плоскости чертежа (на рис. это изображается в виде преимущества числа точек или черто-чек). Существует угол падения, при котором отраженные лучи становятся полностью поля-ризованными. Этот угол называется углом Брюстера, его значение связано с отношением n2/n1 = n21, т.е. относительным показателем преломления: . Качественное объяснение этого закона следует из рассмотрения микроскопической картины распространения светв в веществе. Рассмотрим упрощенную модель взаимодействия света с веществом, согласно которой переменное электрическое поле световой волны приводит в двихение атомы вещества. Атом же представим как диполь, где роль отрицательного заряда
тельной способности диполя строится диаграмма (индикатрисса), на которой интенсивность излучения в заданном направлении изображается в виде вектора. Длина этого вектора и ха-рактеризует интенсивность излучения. Пространственное изображение индикатриссы при-ведено на рис.55. В правой части рисунка показано сечение диаграммы вертикальной пло-скостью, проходящей через центр диаграммы. Положения рассмотренной модели применим для объяснения закона Брюстера. В па-дающем на границу раздела двух сред естественном свете вектор Е принимает всевозмож-ные направления (см.рис.53), но без ограничения общности можно рассматривать лишь два:
вая часть рис.56), то из диаграммы направленности следует, что в направлении, перпендику-лярном этому лучу, никакого излучения не происходит. В этом направлении излучаются лишь волны с напряженностью Е. Из этого следует, что если луч преломленный и луч от-раженный перпендикулярны друг другу, то в отраженном свете полностью отсутствуют ко-лебания с Е.Из рисунка видно, что b +a + 900 = 1800, или b+a =900, тогда как из закона преломления следует, что sina = n21 sinb. Подставляя в закон преломления b = 900 - a, по-лучим sina = n21sin(900 -a) = n21cosa, т.е. tga = n21. §18-3 Поглощение света. При прохождении света через вещество часть энергии световой волны поглощается, переходя во внутреннюю энергию вещества. Для оценки величины этих по-терь рассмотрим световой поток, распространяющейся вдоль оси х (рис.57).0пыт показы-вает, что при прохождении очень тонкого слоя вещества толщиной dx относительная убыль
Потенцируя последнюю формулу, получим известный закон Бугера: . § 18 - 4 Рассеяние света. Плоская волна, распространяющаяся в однородной среде, остается плоской.Однако если среда неоднородна и в ней имеются включения с другими оптическими свойствами, то кроме волны, распространяющейся в первоначальном направлении, появляются волны, рассеянные в стороны. Эти волны уносят часть энергии и уменьшают интенсивность первоначального луча. Характер рассеяния зависит от размеров и природы неоднородностей.Если их размеры больше длины волны.то наблюдается чисто геометрическое рассеяние.Это касается прежде всего твердых частиц, взвешенных в воздухе.Падающий на разные участки поверхности частицы солнечный свет отражается под различными углами. Если при этом спектральный состав света не меняется, то рассеянный свет остается белым (примером это-го может служить белый цвет неба в пустынях.когда восходящие воздушные потоки пере-носят в верхние слои атмосферы мелкие частицы песка). В целом наблюдаемая картина рас-сеяния очень чувствительна к размерам и форме неоднородностей(радуга и гало вокруг солнца, вызванные наличием в земной атмосфере соответственно капелек и льдинок). Если размеры неоднородносей существенно меньше длин волн света, то интен-сивность рассеянного света удовлетворяет закону Рэлея: Iрас~ Io w4, где w -частота падаю-щего света, причем интенсивность рассеянного света различна по разным направлениям (т.е анизотропна). Сильная зависимость интенсивности рассеянного света от частоты означает,
ческих расположении источника и наблюдателя. Так в глаз наблюдателя 1 (см.рис.) прихо-дит прямой луч, тогда как наблюдатель 2 видит, в основном, рассеянные лучи. § 18 - 5 Дисперсия света. Дисперсией называется зависимость скорости распространения световой волны в среде от частоты. Поскольку скорость волны однозначно связана с показателем прелом-ления среды (v = c/n; n = ), то нашей задачей будет выяснение характера зависимости диэлектрической постоянной от частоты. Здесь уместно напомнить, что e =1+ k (k - диэлектрическая восприимчивость, определяющая соотношение между поляризацией ве-щества Р и действующем электрическим полем Е: Р = eо kЕ).В то же время величина вектора поляризации определялась как суммарный дипольный момент единичного объема: Р =Nqx, гдe величина qx характеризует дипольный момент каждой молекулы диэлектрика. При решении задачи будем пользоваться той же моделью.что применялась ранее при рас-
смотрении закона Брюстера. Под действием переменного электрического поля световой волны расстояние электрона до положительного иона периодически изменяется.т.е. элек-трон совершает вынужденные колебания под действием внешней периодической силы.Вид этого уравнения, и его решение уже изучались (см уравнение колебаний в кон-туре).Поэтому можно сразу написать выражение для амплитуды колебаний электрона в атоме: где b характеризует затухание колебаний, а w0 может рассматриваться как собственная частота колебаний электрона в атоме.Для упрощения математических выкладок будем пренебрегать затуханием, т.е положим b = 0.Тогда величина поляризации равна: Р = . С другой стороны, выше указывалось, что Р = e0 kЕ, поэтому k = . Тогда e = 1 +k = 1 + ; e = n2. Таким образом, имеем: .
СОДЕРЖАНИЕ
|