Polariseeritud valguse interferentsi katsete klassikaline skeem taandub interferentsi vaatlemisele, kui kahe polarisaatori vahele viiakse kristallplaat. Parim on kasutada tasapinnaga paralleelset plaati P, mis on lõigatud paralleelselt kristalli optilise teljega ja sisestatud rangelt polarisaatorit läbiva paralleelse valgusvihuga risti R ja analüsaator JA (Joonis 6.17, a).

R ja C. 6.17 a

R ja C. 6,17 b

Polarisaator loob polariseeritud laine, kristallplaadis moodustub kaks lainet, mille faasid on korrelatsioonis ja võnked on vastastikku risti. Analüsaator läbib iga vibratsiooni komponendi ainult piki kindlat telge ja tagab seeläbi võimaluse häiret jälgida.

Lahendame aastal üldine vaade antud süsteemi kaudu leviva valguse intensiivsuse probleem.

Polarisaatori loodud monokromaatilise lineaarselt polariseeritud valguse kiir langeb tavaliselt (piki telge Oz) tasapinnaga paralleelselt paksusega kahesuunalise ühesuunalise kristalli plaadil Dlõigatud paralleelselt optilise teljega. Telg Oy suunake see mööda plaadi optilist telge (joonis 6.17 b).

Plaadil telje suunas OZ kaks lainet levivad erineva kiirusega. Ühes laines asuvad elektrilised võnked põhilõike (tasapinnal YOZ), st suunatud piki optilist telge. See on erakordne laine. Tavalises laines tekivad tasapinnas elektrilised võnked XOZ, st suunatud optilise teljega risti. Nimetatakse optilise telje suunda ja sellega risti olevat suunda Peamine Juhised plaadid. Meie puhul langevad need kokku telgedega OY ja OX.

Laske langeva polariseeritud valguse valgusvektori võnkumissuunal optilise telje suunaga nurk teha. Kui amplituud langevas polariseeritud laines on E0, siis erakordse ( Ae) ja tavaline ( A0) leiame lained amplituudi projektsiooni abil E0 telje kohta OY ja OX... Nagu jooniselt fig. 6.17, b,

Kuna need lained levivad plaadi sees erineva faasikiirusega, tekib väljumisel nende vahel faaside erinevus δ ... Kui plaadi paksus Dsiis

Kus λ Kas valguse lainepikkus on vaakumis.

Kahekordsest plaadist väljuvatel tavalistel ja erakordsetel lainetel on pidev faaside erinevus, see tähendab, et nad on sidusad. Kuid kuna need on üksteise suhtes ortogonaalselt polariseeritud, ei ilmne interferentsiefekti nende superpositsiooni ajal. Nagu näidatud, saame tavaliselt elliptiliselt polariseeritud laine. Tavalised ja erakordsed lained võivad luua stabiilse häiremustri, kui neis olevad võnked vähendatakse ühele tasapinnale. Seda saab teha, asetades analüsaatori kahekordsele plaadile, mis on kooskõlas meie kogemustega.

Arvutame häiremustri juhtumi jaoks, kui analüsaatori ülekandetasand (tähistage AA‘ ) on risti valgusvektori võnkumiste tasapinnaga kiires polarisatsioonist väljumisel (tähistame PP‘ ). Arvutamiseks on lennuk mugavam XOY viige joonise tasapinnale (joonis 6.18). Valgus levib meie poole (piki telge OZ). Pärast analüsaatori läbimist on võnkumiste amplituud erakordsest ( JA1) ja tavaline ( JA2) lained muutuvad väiksemaks.

Joon. 6.18 on näha, et.

Võnkumiste amplituudivektorid JA1 ja JA2 on vastupidises suunas, mis vastab täiendava faaside erinevuse ilmnemisele nende vahel π ... Saadud faaside erinevus.

Kahe vastastikku toimiva koherentse kiirte kogutugevus määratakse seose järgi:

Valemite - abil kirjutame ümber vormi viimase seose:

Kus Mina0 ~ E02 - kiirte intensiivsus polarisaatorist väljumisel PAnalüüsime valemit veidi.

Plaadi jaoks " λ / 4 ”valem on vormis .

Plaadi pööramisel muutub intensiivsus väärtusest MinaMax \u003d Mina0/2 (kell \u003d π /4, 3π /4, 5π /4, 7π / 4) kuni MinaMin \u003d 0 (kui \u003d 0, π /2, π , 3π / 2). Valgustugevuse graafik Mina nurga all langeva laserkiire valgusvektori võnkumise suuna ja polaarkoordinaatides kujutatud optilise telje suuna vahel on joonisel fig. 6.19.

Plaadi jaoks " λ / 2 ”saame sama: .

Kui plaati keeratakse, muutub intensiivsus uuesti väärtusest MinaMax \u003d Mina0 (\u003d \u003d π /4, 3π /4, 5π /4, 7π / 4) kuni Mina \u003d 0 (\u003d 0 jaoks π /2, π , 3π / 2). See on näidatud joonisel fig. 6.19 punktiirjoonega.

Pange tähele, et mis tahes plaadi puhul on intensiivsus süsteemist väljumisel , kui langeva polarisatsioonikiire valgusvektor langeb kokku plaadi ühe põhisuunaga. Nendel juhtudel on plaadil ainult üks kiir: või tavaline (for \u003d π /2, 3π / 2) või erakorraline (at \u003d 0, π ). See säilitab langeva kiirte lineaarse polarisatsiooni ja ei läbi analüsaatorit, kuna tasapinnad AA‘ ja PP‘ risti.

Sellistes katsetes ei uurita tavaliselt süsteemist väljuva valguse intensiivsust, vaid täheldatakse interferentsimustri muutust. Selleks on vaja valgustada polarisaatori ja analüsaatori vahele asetatud kristallplaat mitteparalleelse valgusvihuga ja projitseerida läätsega pilt ekraanile. Läbilaskvas valguses täheldatakse interferentsiservasid, mis vastavad konstantsele faaside erinevusele. Nende kuju sõltub polarisaatorite vastastikusest orientatsioonist ja kristallplaadi teljest. Sel viisil viiakse läbi kristallidest valmistatud optiliste toodete kvaliteedi kontroll. Kahe polarisaatori vahele asetatud mis tahes plaadil tekkiva häiremustri jälgimine võib olla viis selle materjali nõrga anisotroopia tuvastamiseks, millest see on valmistatud. Selle tehnika kõrge tundlikkus avab mitmesuguste rakenduste võimaluse kristallograafias, makromolekulaarsete ühendite füüsikas ja muudes valdkondades.


Kerge sekkumineKas koherentsete lainete superpositsiooni nähtus
- iseloomulik igasuguse laine (mehaaniline, elektromagnetiline jne) lainetele
Koherentsed lained on allikad, mille sagedus ja pidev faaside erinevus on sama.
Kui koherentsed lained asetatakse ruumi mis tahes punktis üksteise peale, sõltub selle punkti võnkumiste (nihke) amplituud allikate ja vaadeldava punkti kauguste erinevusest. Seda kauguse erinevust nimetatakse reisi erinevuseks.
Koherentsete lainete pealekandmisel on võimalikud kaks piiravat juhtumit:
Maksimaalne tingimus:

Lainepikkuse erinevus on võrdne lainepikkuste täisarvuga (muidu paarisarv poollainepikkusi).


Kus

Sel juhul tulevad vaadeldavas punktis lained samade faasidega ja võimendavad üksteist - selle punkti võnkumiste amplituud on maksimaalne ja võrdub kahekordistunud amplituudiga.
Minimaalne tingimus:

Laineteede erinevus on võrdne paaritu arvuga poollainepikkustest.

Kus

Lained jõuavad antifaasina vaadeldavasse punkti ja tühistavad üksteise.
Selle punkti vibratsiooni amplituud on null.

Koherentsete lainete (lainete interferents) superpositsiooni tulemusena moodustub interferentsimuster.

Valguse difraktsioon
Kas valguskiirte hälve sirgjoonelisest levikust kitsastest piludest, väikestest aukudest läbimisel või väikeste takistuste ümber paindumisel.
Valguse difraktsiooni nähtus tõestab, et valgusel on laine omadused.
Difraktsiooni jälgimiseks võite:
- laske allika valgusel läbida väga väike auk või asetage ekraan aukust väga kaugele. Seejärel täheldatakse ekraanil heledate ja tumedate kontsentriliste rõngaste keerukat mustrit.
- või suunake valgus õhukesele traadile, siis on ekraanil täheldatud heledaid ja tumedaid triipe ning valge valguse korral vikerkaarriba.

Valguse difraktsiooni vaatlemine väikese ava korral.

Ekraanil oleva pildi selgitus:
Prantsuse füüsik O. Fresnel selgitas triipude olemasolu ekraanil sellega, et valguslained, mis tulevad erinevatest punktidest ekraani ühte punkti, segavad üksteist.
Huygens-Fresneli põhimõte
Kõik lainefrondi pinnal asuvad sekundaarsed allikad on omavahel sidusad.
Laine amplituud ja faas mis tahes ruumipunktis on sekundaarsete allikate poolt eraldatud lainete interferentsi tulemus.
Huygens-Fresneli põhimõte selgitab difraktsiooni nähtust:
1. sekundaarsed lained, mis lähtuvad sama lainefrondi punktidest (lainefront on punktide kogum, kuhu võnkumine on antud ajahetkel jõudnud), on sidusad, kuna kõik esiosa punktid võnkuvad sama sagedusega ja samas faasis;
2. sekundaarsed lained, olles sidusad, segavad.
Difraktsiooni nähtus seab geomeetrilise optika seaduste rakendamisele piirangud:
Valguse sirgjoonelise levimise seadus, valguse peegeldumise ja murdumise seadused täidetakse üsna täpselt ainult siis, kui takistuste mõõtmed on valguslaine lainepikkusest palju suuremad.
Difraktsioon seab optiliste seadmete eraldusvõimele piiri:
- mikroskoobis väga väikeste objektide vaatlemisel osutub pilt uduseks
- teleskoobis tähti vaadeldes saame punkti kujutise asemel heledate ja tumedate triipude süsteemi.
Difraktsioonvõre
on optiline instrument valguse lainepikkuse mõõtmiseks.
Difraktsioonvõre on kogu suur hulk väga kitsaid pilusid, mis on eraldatud läbipaistmatute tühikutega.
Kui restil juhtub ühevärviline laine. siis pilud (sekundaarsed allikad) loovad koherentsed lained. Võre taha asetatakse kogumisobjektiiv, seejärel ekraan. Võre erinevatest piludest tuleneva valguse interferentsi tulemusena jälgitakse ekraanil maksimumide ja miinimumide süsteemi.


Lainete teede erinevus külgnevate pilude servadest on võrdne vahelduvvoolu segmendi pikkusega. Kui see segment sisaldab täisarvu lainepikkusi, siis võimendavad kõigi pilude lained üksteist. Valge valguse kasutamisel on kõik maksimumid (v.a keskne) vikerkaarevärvilised.


Seega on maksimaalne tingimus:


kus k on difraktsioonispektri järjestus (või arv)
Mida rohkem jooni restile tõmmatakse, seda kaugemal on difraktsioonispektrid ja seda väiksem on ekraanil iga joone laius, seetõttu nähakse maksimume eraldi joontena, s.t. võre lahutusvõime suureneb.
Mida rohkem soone võreühiku pikkuse kohta, seda suurem on lainepikkuse mõõtmise täpsus.
Valguse polarisatsioon

Lainete polarisatsioon
Ristlainete omadus on polarisatsioon.
Polariseeritud laine on ristlaine, milles kõigi osakeste võnkumised toimuvad ühes tasapinnas.
Sellise laine saab kummijuhtme abil, kui selle teele pannakse õhuke piluga takistus. Lünk lubab ainult neid vibratsioone, mis seda mööda tekivad.


Seadet, mis kiirgab ühes tasapinnas esinevaid vibratsioone, nimetatakse polarisaatoriks.
Seadet, mis võimaldab teil määrata polarisatsioonitasandi (teine \u200b\u200bpilu), nimetatakse analüsaatoriks.
Valguse polarisatsioon
Turmaliinikatse on valguslainete põiksuse tõestus.
Turmaliini kristall on sümmeetriateljega läbipaistev roheline mineraal.
Tavalisest allikast lähtuvas valguskiires on intensiivsusvektorite võnkumised elektriväli E ja magnetinduktsioon B kõigis võimalikes suundades, mis on risti valguslaine levimissuunaga. Sellist lainet nimetatakse looduslikuks laineks.


Turmaliini kristalli läbides polariseerub valgus.
Polariseeritud valguses toimuvad intensiivsusvektori E võnked ainult ühes tasapinnas, mis langeb kokku kristalli sümmeetriateljega.

Valguse polarisatsioon pärast turmaliini läbimist tuvastatakse, kui esimese kristalli (polarisaatori) taha asetatakse teine \u200b\u200bturmaliini kristall (analüsaator).
Kahe kristalli ühesuguste suunatelgede korral läbib valgusvihk mõlemat ja nõrgendab valguse osalise neeldumise tõttu kristallide poolt vaid veidi.

Polarisaatori ja selle taga oleva analüsaatori skeem:

Kui teine \u200b\u200bkristall hakkab pöörlema, s.t. teise kristalli sümmeetriatelje positsiooni nihutamiseks esimese suhtes, siis läheb valgusvihk järk-järgult välja ja kustub, kui mõlema kristalli sümmeetriatelgede asend muutub vastastikku risti.
Väljund:
Valgus on nihkelaine.
Polariseeritud valguse kasutamine:
- sujuv hämardamine kahe polaroidiga
- pimestuse kustutamine pildistamisel (pimestus kustutatakse, asetades valgusallika ja peegeldava pinna vahele polaroid)
- vastutulevate autode esilaternate pimestamise kõrvaldamiseks.

POLARISEERITUD KIIRTE HÄIRED - nähtus, mis tuleneb koherentsete polariseeritud valguse võnkumiste lisamisest (vt. Valguse polarisatsioon) .JA. n. l. õppinud klassikas. A. Fresneli ja D. F. Arago (1816) katsed. Naib, kontrastsed häired pilti vaadeldakse, kui ühte tüüpi polarisatsiooni (lineaarne, ümmargune, elliptiline) koherentsete võnkumiste lisamine kokku langevate asimuutidega. Häireid ei täheldata kunagi, kui lained polariseeruvad vastastikku risti asetsevates tasapindades. Kui lisada kaks lineaarselt polariseeritud vastastikku perpendikulaarset vibratsiooni, tekib üldjuhul elliptiliselt polariseeritud vibratsioon, mille intensiivsus on võrdne algvibratsioonide intensiivsuste summaga. I. lk L. võib täheldada näiteks siis, kui lineaarselt polariseeritud valgus läbib anisotroopset keskkonda. Sellist keskkonda läbides jaguneb polariseeritud võnkumine diferentsiga levivaks kaheks koherentseks elementaarseks ortogonaalseks võnkumiseks. kiirus. Edasi muudetakse üks nendest vibratsioonidest ortogonaalseks (kokku langevate asimuutide saamiseks) või eraldatakse mõlemast vibratsioonist sama tüüpi polarisatsiooni komponendid koos langevate asimuutidega. Vaatlusskeem I. lk L. paralleelsetes talades on toodud joonisel fig. üks, ja... Paralleelsete kiirte kiir väljub polarisaatorist N 1, mis on lineaarselt polariseeritud suunas N 1 N 1 (joonis 1, b)... Plaadil TOlõigatud kahesuunalisest ühesuunalisest kristallist, mis on paralleelne selle optikaga. kirved OO ja asetseb langevate kiirte suhtes risti, on võnkumine eraldatud N 1 N 1 komponentideks A e, paralleelne optiline. telg (erakordne) ja optilise suhtes risti olev A 0. telg (tavaline). Kontrastsuse, sekkumise suurendamiseks piltide nurk vahel N 1 N 1 ja JA 0 on seatud võrdseks 45 °, mille tõttu vibratsiooni amplituudid A e ja JA 0 on võrdsed. Nende kahe kiirte murdumisnäitajad n e ja n 0 on erinevad ning seetõttu on ka nende kiirused erinevad.

Joon. 1. Paralleelsete kiirte polariseeritud kiirte interferentsi vaatlus: a - diagramm; b - skeemile vastava vibratsiooni amplituudi määramine ja.

jaotus aastal TO, mille tulemusena plaadi väljapääsu juures TO nende vahel on faaside erinevus d \u003d (2p / l) (n 0 -n e)kus l on plaadi paksus, l on langeva valguse lainepikkus. Analüsaator N 2 igast kiirest A e ja JA 0 edastab ainult komponente, mille võnkumised on paralleelsed selle ülekandesuunaga N 2 N 2. Kui ch. ristuvad polarisaatori ja analüsaatori ristlõiked ( N 1 ^N 2 ) , siis terminite amplituudid JA 1 ja JA 2 on võrdsed ja faaside vahe nende vahel on D \u003d d + p. Kuna need komponendid on koherentsed ja ühes suunas lineaarselt polariseeritud, segavad nad. Sõltuvalt D väärtusest k - l. plaadi pindala, näeb vaatleja seda ala ühevärvilisena tumeda või heledana (d \u003d 2kpl). hele ja erinevas värvuses valges valguses (nn kromaatiline polarisatsioon). Kui plaadi paksus või murdumisnäitaja on heterogeenne, siis on nende samade parameetritega kohad võrdselt tumedad või võrdselt heledad (või valges valguses võrdselt värvilised). Kutsutakse sama kromaatilisusega kõveraid. isokroomid. Vaatlusskeemi näide I. lk L. koonduvatel kuudel on näidatud joonisel fig. 2. Läätsest L 1 koonduv tasapinnaliselt polariseeritud kiirekiir langeb plaadile, mis on lõigatud ühesuunalisest kristallist, mis on risti selle optikaga. telg. Sel juhul läbivad erineva kaldega kiired plaadil erinevaid teid ning tavalised ja erakordsed kiired saavad teede erinevuse D \u003d (2p l/ lcosy) (n 0-n e), kus y on nurk kiirte levimissuuna ja kristalli pinna normaalse vahel. Sel juhul täheldatud sekkumine. pilt on näidatud joonisel fig. 1, kuid Art. Konoskoopilised kujundid... Punktid, mis vastavad samadele faaside erinevustele D,

Joon. 2. Polariseeritud kiirte interferentsi jälgimise skeem koonduvatesse kiirtesse: N 1, - polarisaator; N 2, - analüsaator, TO - plaadi paksus llõigatud ühesuunalisest kahemurdvast kristallist; L 1, L 2 - läätsed.

paigutatud kontsentreeritult. ringid (tumedad või heledad, sõltuvalt D-st). Kiired sisenevad TO vibratsioonidega paralleelselt Ch-ga. tasapinnal või sellega risti, ei ole jagatud kaheks terminiks ja N 2 ^ N jaoks ei jää analüsaator vahele N 2. Nendes lennukites osutub tume rist. Kui a N 2 || N 1, rist on kerge. I. lk L. aastal rakendatud

Polariseeritud kiirte sekkumine - nähtus, mis tuleneb koherentsete polariseeritud valgusvibratsioonide lisamisest.

Normaalse loodusliku valguse esinemise korral kristallplaadi pinnal levivad optilise teljega paralleelselt tavalised ja erakordsed kiired eraldumata, kuid erineva kiirusega. Plaadilt väljuvad kaks vastastikuselt risti asetsevat tasapinda polariseeritud kiirt, mille vahele jäävad optiline erinevus liikuma

või faaside erinevus

kus on plaadi paksus, on valguse pikkus vaakumis. Kui asetame polarisaatori kristallplaadilt väljunud kiirte teele, siis asuvad mõlema kiirte vibratsioonid pärast polarisaatori läbimist samas tasapinnas. Kuid nad ei sekku, kuna need ei ole sidusad, kuigi need on saadud valguse eraldamisel ühest allikast. Tavalised ja erakordsed kiired sisaldavad vibratsioone, mis kuuluvad üksikute aatomite poolt kiirgatavatele erinevatele laineradadele. Kui tasapinnaliselt polariseeritud valgus suunatakse kristallplaadile, jagatakse iga rongi võnked tavaliste ja erakordsete kiirte vahel samas proportsioonis, nii et väljuvad kiired osutuvad koherentseteks.

Polariseeritud kiirte häireid võib täheldada siis, kui lineaarselt polariseeritud valgus (mis on saadud loodusliku valguse läbimisel läbi polarisaatori) läbib kristallplaati, mille kaudu kiir jaguneb kaheks koherentseks, polariseeritud

kiirte vastastikku risti asetsevates tasapindades. Kristallplaat tagab tavaliste ja erakordsete kiirte sidususe ja loob nende vahel faaside erinevuse vastavalt seosele (6.38.9).

Polariseeritud kiirte häiremustri jälgimiseks on vaja pöörata ühe kiirte polarisatsioonitasapinda, kuni see langeb kokku teise kiirte polarisatsioonitasandiga, või valida mõlema kiirte hulgast komponendid, millel on sama võnkesuund . Seda tehakse polarisaatori abil, mis koondab kiirte vibratsiooni üheks tasapinnaks. Ekraanil saab jälgida häiremustrit.

Saadud vibratsiooni intensiivsus, kus on nurk polarisaatori tasapinna ja kristallplaadi optilise telje vahel, on polarisaatorite tasapindade nurk ja süsteemi kaudu edastatud valguse intensiivsus ja värv sõltub lainepikkusest . Kui üks polarisaatoritest pöörleb, muutub häiremustri värv. Kui plaadi paksus ei ole erinevates kohtades ühesugune, siis kuvatakse ekraanil kirju pilt.

testi küsimused õpilaste iseõppimiseks:

1. Mis on kerge dispersioon?


2. Milliste tunnuste järgi saab eristada prisma ja difraktsioonvõre abil saadud spektreid?

3. Mida nimetatakse loomulikuks valguseks? lennuk polariseeritud? osaliselt polariseeritud valgus?

4. Sõnasta Brewsteri seadus.

5. Mis põhjustab optiliselt anisotroopses ühesuunalises kristallis kahemurdumist?

6. Kerri efekt.

Kirjanduslikud allikad:

1. Trofimova, T.I. Füüsikakursus: õpik. juhend ülikoolidele / T.I. Trofimova. - M.: ACADEMIA, 2008.

2. Saveliev, I.V. Kursus üldfüüsika: õpik. tehnikakõrgkoolide käsiraamat: 3 köites / IV Saveljev. - SPb.: Spetsiaalne. kirjutatud, 2005.