부분 편광의 편광 정도: 정의, 설명 및 공식. 인형의 빛 편광 : 정의, 현상의 본질 및 본질

개별 원자에서 방출되는 빛은 전자기파, 즉 서로 수직인 두 개의 가로파의 조합입니다. 전기(전기장 강도 벡터의 진동에 의해 형성됨)와 자기(자기장 강도 벡터의 진동에 의해 형성됨) 광선이라고 불리는 일반적인 직선(그림 337) ).

오직 하나의 평면에서만 전기 진동이 항상 발생하는 빔(빛)을 편광 빔(빛)이라고 합니다. 물론 이 경우 자기 진동은 다른 (수직) 평면(빛의 편광 평면이라고 함)에서 발생합니다. 이 정의에 따르면 개별 원자에서 방출되는 빛은 (적어도 이 원자의 전체 복사 기간 동안) 편광됩니다.

경험과 이론에 따르면 물질에 대한 빛의 화학적, 생리학적 및 기타 유형의 영향은 주로 전기적 진동에 의해 발생합니다. 따라서 광파(또는 빔)를 묘사하는 그림을 단순화하기 위해 이제부터는 전기 진동에 대해서만 설명하고 전기 진동이 발생하는 평면을 광 진동 평면 또는 간단히 진동 평면이라고 부릅니다. 그러면 편광된 빛의 광선은 그림 1과 같이 개략적으로 묘사될 수 있습니다. 338, a (빔은 도면의 평면에 수직이며 벡터는 전계 강도의 진폭 값에 해당합니다)

실제 광원(발광체)은 무작위로 방출하는 많은 원자, 즉 진동면의 가능한 모든 방향으로 광파를 방출하는 많은 원자로 구성되어 있기 때문에 실제로는 하나의 개별 원자에서 나오는 빛을 결코 만나지 않습니다. 이 파동은 서로 중첩되어 실제 (자연) 광원에서 나오는 모든 광선이 서로 다른 방향의 진동 평면에 해당합니다 (그림 338, b). 이러한 광선(빛)은 편광되지 않으며 자연광(빛)이라고 합니다.

일반적으로 발광체를 구성하는 각 원자의 방사선 강도는 평균적으로 동일합니다. 따라서 자연광은 모든 진동 평면에서 동일한 진폭(최대) 벡터 값을 갖습니다. 그러나 광선 벡터의 진폭 값이 진동 평면에 따라 동일하지 않은 경우가 있습니다. 이러한 빔을 부분 편광이라고 합니다. 그림에서. 338, c는 진동이 주로 수직 평면에서 발생하는 부분 편광된 빔을 보여줍니다.

자연광과 달리 편광은 강도(전계 강도의 진폭과 색상(파장 X에 따라 다름)에 따라 다름)뿐 아니라 위치에 따라 특성이 달라집니다.

진동면. 따라서, 예를 들어 강도와 색상이 동일한 편광 1, 2, 3(도 339)은 서로 동일하지 않습니다. 그러나 인간의 눈은 진동면의 방향이 다른 편광 간의 차이를 감지하지 못하며 일반적으로 편광과 자연광을 구별하지 못합니다.

자연광은 편광될 수 있습니다. 즉, 편광된 빛으로 바뀔 수 있습니다. 이를 위해서는 전기장 강도 벡터의 진동이 특정 한 방향을 따라서만 발생할 수 있는 조건을 만드는 것이 필요합니다. 이러한 조건은 예를 들어 자연광이 전기 진동에 대해 이방성인 매질을 통과할 때 발생할 수 있습니다. 알려진 바와 같이, 이방성은 결정의 특징입니다(§ 51 참조). 그러므로 결정을 통과하는 빛의 편광을 예상할 수 있다. 실제로, 경험에 따르면 많은 천연 결정체와 인공적으로 생성된 결정체는 이를 통과하는 자연광을 편광시킵니다.

가장 일반적인 용어로, 결정을 통과하는 빛의 편광 과정의 물리적 본질은 다음과 같습니다. Maxwell의 전자기 이론(§ 105 참조)에 따르면, 광파의 교번 전기장은 결정질 유전체에 교번 분극 전류, 즉 결정 격자를 구성하는 하전 입자(원자, 이온)의 교번 변위를 유발합니다. 분극 전류는 줄(Joule) 열을 생성합니다. 결과적으로 빛 에너지가 열로 변환되는 과정이 결정에서 발생합니다.

결정의 이방성으로 인해 입자의 변위 가능성과 이에 따른 분극 전류의 강도는 결정 격자의 평면에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 입자의 상당한 가능한 변위에 해당하는 평면에서 이동하는 광파는 강한 분극 전류를 유발하므로 결정에 거의 완전히 흡수된다는 것은 명백합니다. 광파가 작은 입자 변위에 해당하는 평면에서 이동하면 약한 분극 전류가 발생하고 상당한 흡수 없이 결정을 통과합니다.

따라서 가능한 모든 방향을 갖는 자연광의 전기 진동 중에서 최소 편광 전류에 해당하는 평면에서 발생하는 진동만이 (흡수 없이) 결정을 통과합니다. 나머지 진동은 어느 정도 약해집니다. 왜냐하면 이 평면에 대한 투영만이 결정을 통과하기 때문입니다. 결과적으로 결정을 통과하는 빛은 특정 평면에서만 전기 진동을 겪습니다. 즉, 빛이 편광됩니다.

빛을 편광시키는 천연 결정에는 전기석 등이 있습니다. 결정의 광축과 평행하게 절단된 전기석 판을 통과한 자연광선은 완전히 편광되어 광축과 광속을 포함하는 평면에서 주면에서만 전기적 진동을 갖는다(그림 340).

각 결정에는 결정 격자의 원자(또는 이온)가 대칭으로 위치하는 방향이 있습니다. 이를 결정의 광축이라고 합니다. 광축은 단지 하나의 선이 아니라 결정의 특정 방향이라는 점을 강조하겠습니다. 결정에서 이 방향과 평행하게 그려진 모든 직선은 광축입니다.

자연광선이 광축을 따라 이동하면 모든 전기적 진동은 광축에 수직입니다. 이 경우(광축에 대한 결정 입자의 대칭 배열로 인해) 모든 전기 진동은 동일한 조건에서 발생하며 모두 결정을 통과합니다. 따라서 광축을 따라 이동하는 자연광은 편광되지 않습니다. 빔의 다른 모든 방향에서는 편광이 발생합니다.

두 번째 전기석 판 2가 판 1 뒤에 배치되고 광축이 판의 광축에 수직이 되도록 방향이 지정되면 빔은 두 번째 판을 통과하지 않습니다(전기 진동이 판의 주요 평면에 수직이기 때문에). 접시 2). 판 1과 판 2의 광축이 다른 각도를 만들면 빛(광선)은 판 2를 통과합니다. 341에 따르면, 판 2를 통과하는 빛 진동의 진폭은 이 판에 입사하는 빛 진동의 진폭보다 작습니다.

빛의 강도는 빛의 진동 진폭의 제곱에 비례하므로

여기서 판 2에 입사하는 빛의 강도, Y는 이 판을 통과하는 빛의 강도입니다. 관계식 (12)를 Malus의 법칙이라고 합니다.

따라서 편광 빔 주위의 판 2의 회전은 이 판을 통과하는 빛의 강도 변화를 동반합니다. 최대 강도는 최소로 발생합니다 (빛의 완전한 소멸에 해당) -

자연광을 편광시키는 판 7을 편광판이라 하고, 편광의 세기를 변화시켜 편광 사실을 검출하는 판 2를 분석기라 한다. 두 플레이트가 정확히 동일하다는 것은 분명합니다(교체 가능). 이 이름은 기록의 목적만을 나타냅니다.

전기석은 상당한 선택적 흡수를 가지고 있다는 점에 유의해야 합니다. 이는 주로 녹색광을 전달합니다. 이는 편광판(및 분석기)으로서의 전기석의 단점입니다.

최근에는 빛을 편광시키기 위해 소위 폴라로이드(편광 필터)가 널리 사용되고 있습니다. 폴라로이드는 많은 작은 인공 결정(예: 헤라파타이트 결정(퀴닌 요오드 황산염))과 같은 편광판을 포함하는 대략 두꺼운 투명 폴리머 필름입니다. 폴라로이드 제조 과정에서 모든 헤라파타이트 결정의 광축은 동일한 방향으로 향합니다. 폴라로이드 필름은 상대적으로 저렴하고 매우 유연하며 넓은 면적을 가지며 가시광선의 모든 파장에 대해 거의 동일한(무시할 수 있는) 흡수율을 갖습니다.

Polaroid의 흥미로운 실제 응용 중 하나는 다가오는 헤드라이트의 눈부심으로부터 운전자를 보호하기 위해 차량에 사용하는 것입니다. 이를 위해 폴라로이드 필름은 광축이 평행하고 수평선과 45°를 이루고 있는 전면 유리와 헤드라이트 유리에 접착됩니다. 그러면, 그림에서 볼 수 있듯이. 342, 한 자동차의 앞유리 폴라로이드의 광축은 광학축에 수직이 됩니다.

다가오는 자동차 헤드라이트의 폴라로이드 축(광축의 방향은 그림에서 화살표로 표시됨). Malus의 법칙에 따르면 이러한 폴라로이드 광축 방향으로 인해 편광된 헤드라이트 빛은 다가오는 자동차의 앞 유리를 통과하지 못합니다. 따라서 운전자는 다가오는 자동차의 헤드라이트를 거의 볼 수 없습니다(그러나 물론 그는 자동차의 헤드라이트에서 이러한 자동차를 볼 수 있습니다).

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파도에는 두 가지 유형이 있습니다. 종방향 진동 교란에서는 전파 방향과 평행합니다. 예를 들어 공기를 통한 소리의 통과가 있습니다. 횡파는 진행 방향에 대해 90° 각도로 발생하는 교란으로 구성됩니다. 예를 들어, 수역을 수평으로 통과하는 파도는 표면에 수직 진동을 유발합니다.

현상의 발견

편광과 자연광이 파동 현상으로 간주되기 시작하고 진동 방향이 발견되면서 17세기 중반에 관찰된 수많은 수수께끼의 광학 효과가 설명되었습니다. 최초의 소위 편광 효과는 1669년 덴마크 의사 에라스무스 바르톨린(Erasmus Bartholin)에 의해 발견되었습니다. 과학자는 아이슬란드 스파 또는 방해석(탄산칼슘의 결정질 형태)에서 이중 굴절 또는 복굴절을 관찰했습니다. 빛이 방해석을 통과하면 결정이 방해석을 분할하여 서로 오프셋된 두 개의 이미지를 생성합니다.

뉴턴은 이 현상을 알고 있었고 아마도 빛의 미립자에는 두 개의 이미지가 형성될 수 있는 비대칭성 또는 "일방성"이 있을 것이라고 제안했습니다. 뉴턴과 동시대인인 호이겐스는 기본파 이론으로 복굴절을 설명할 수 있었지만 그 효과의 진정한 의미는 이해하지 못했습니다. 복굴절은 프랑스 물리학자 Augustin-Jean Fresnel이 광파가 횡방향이라는 것을 제안하기 전까지 미스터리로 남아 있었습니다. 단순한 아이디어는 편광과 자연이 무엇인지 설명하는 것을 가능하게 했으며 편광 효과 분석을 위한 자연스럽고 복잡하지 않은 기초를 제공했습니다.

복굴절은 각각 고유한 파동 속도를 갖는 두 개의 수직 편파의 조합으로 인해 발생합니다. 속도의 차이로 인해 두 구성 요소는 굴절률이 다르므로 재료를 통해 다르게 굴절되어 두 개의 이미지가 생성됩니다.

편광과 자연광: 맥스웰의 이론

프레넬은 횡파의 복잡한 모델을 빠르게 개발하여 복굴절 및 기타 여러 광학 효과를 가져왔습니다. 40년 후, 전자기 과학은 빛의 횡단 특성을 우아하게 설명했습니다.

맥스웰의 전자기파는 운동 방향에 수직으로 진동하는 자기장과 전기장으로 구성됩니다. 필드는 서로 90° 각도를 이루고 있습니다. 이 경우 자기장과 전기장의 전파 방향은 오른쪽 좌표계를 형성합니다. 주파수가 있는 파동의 경우 에프길이 λ (그들은 의존성과 관련이 있습니다) λf = c)는 양의 x 방향으로 이동하며 필드는 수학적으로 설명됩니다.

E(x, t) = E 0 cos (2π x/λ- 2 π ft)y^;
B(x, t) = B 0 cos (2π x/λ- 2 π 피트)z^.

방정식은 전기장과 자기장이 서로 같은 위상에 있음을 보여줍니다. 주어진 순간에 그들은 E 0 및 B 0과 동일한 공간 내 최대값에 동시에 도달합니다. 이러한 진폭은 독립적이지 않습니다. Maxwell의 방정식은 진공 상태의 모든 전자기파에 대해 E 0 = cB 0 임을 보여줍니다.

편광 방향

자기장과 전기장의 방향을 설명할 때 광파는 일반적으로 전기장의 방향만을 나타냅니다. 자기장 벡터는 자기장이 운동 방향에 수직이고 수직이어야 한다는 요구 사항에 의해 결정됩니다. 자연광과 선형 편광은 후자의 경우 파동이 움직일 때 필드가 고정된 방향으로 진동한다는 점에서 다릅니다.

다른 편광 상태도 가능합니다. 원형 벡터의 경우 자기장과 전기장은 전파 방향을 기준으로 일정한 진폭으로 회전합니다. 타원 편광은 선형 편광과 원형 편광의 중간입니다.

무편광

전자기 복사를 생성하는 가열된 필라멘트 표면의 원자는 서로 독립적으로 작용합니다. 각 방출은 대략 10 -9 ~ 10 -8 초 동안 지속되는 짧은 열차로 모델링될 수 있습니다. 백열 필라멘트에서 나오는 전자기파는 이러한 열의 중첩이며 각각 고유한 편광 방향을 가지고 있습니다. 무작위 방향의 열차의 합은 파동을 형성하며, 그 편파 벡터는 빠르고 무작위로 변합니다. 이러한 파동을 무편파라고 합니다. 태양, 백열등, 형광등, 화염을 포함한 모든 것이 이러한 방사선을 생성합니다. 그러나 자연광은 다중 산란과 반사로 인해 부분적으로 편광되는 경우가 많습니다.

따라서 편광과 자연광의 차이점은 처음에는 진동이 한 평면에서 발생한다는 것입니다.

편광 방사선원

공간적 방향이 결정되는 경우 편광이 생성될 수 있습니다. 한 가지 예는 고에너지 하전 입자가 자기장 내에서 이동하여 극성 전자기파를 방출하는 경우입니다. 자연적으로 편광된 빛을 방출하는 알려진 천문학적 광원이 많이 있습니다. 여기에는 성운, 초신성 잔해, 활성 은하핵이 포함됩니다. 우주 방사선의 편광은 방사선원의 특성을 결정하기 위해 연구됩니다.

폴라로이드 필터

편광된 빛과 자연광은 다양한 물질을 통과하면서 분리되는데, 그 중 가장 흔한 것이 미국 물리학자 에드윈 랜드(Edwin Land)가 만든 폴라로이드입니다. 필터는 열처리 공정을 통해 한 방향으로 배열된 탄화수소 분자의 긴 사슬로 구성됩니다. 분자는 전기장이 방향과 평행한 방사선을 선택적으로 흡수합니다. 폴라로이드에서 나오는 빛은 선형 편광입니다. 전기장은 분자 방향과 수직입니다. 폴라로이드는 반사광과 산란광의 영향을 줄이는 선글라스와 필터를 포함하여 다양한 용도로 사용됩니다.

자연광과 편광: Malus의 법칙

1808년 물리학자 에티엔 루이 말루스(Etienne-Louis Malus)는 비금속 표면에서 반사된 빛이 부분적으로 편광된다는 사실을 발견했습니다. 이 효과의 정도는 입사각과 반사 재료의 굴절률에 따라 달라집니다. 극단적인 경우, 공기 중 빔 입사각의 접선이 반사 물질의 굴절률과 같을 때 반사된 빛은 완전히 선형 편광이 됩니다. 이 현상은 브루스터의 법칙(발견자인 스코틀랜드 물리학자 데이비드 브루스터의 이름을 따서 명명됨)으로 알려져 있습니다. 편광 방향은 반사 표면과 평행합니다. 주간 눈부심은 일반적으로 도로나 물과 같은 수평 표면에 반사될 때 발생하므로 선글라스는 필터를 사용하여 수평 편광을 제거하고 그에 따라 빛 반사를 선택적으로 제거하는 경우가 많습니다.

레일리 산란

크기가 파장보다 훨씬 작은 매우 작은 물체에 의한 빛의 산란(영국 과학자 Lord Rayleigh의 이름을 따서 소위 레일리 산란)도 부분 편광을 생성합니다. 태양 복사가 지구 대기를 통과할 때 공기 분자에 의해 산란됩니다. 산란된 편광과 자연광이 지구에 도달합니다. 편광 정도는 산란 각도에 따라 다릅니다. 인간은 자연광과 편광을 구별하지 못하기 때문에 이 효과는 일반적으로 눈에 띄지 않습니다. 그러나 많은 곤충의 눈은 이에 반응하며 산란된 방사선의 상대적 편광을 탐색 도구로 사용합니다. 밝은 햇빛에서 배경 방사선을 줄이는 데 사용되는 일반적인 카메라 필터는 자연광과 레일리 편광을 분리하는 간단한 선형 편광판입니다.

이방성 재료

편광 효과는 복굴절 결정, 일부 생물학적 구조 및 광학 활성 물질과 같은 광학 이방성 물질(편광이 방향에 따라 변경됨)에서 관찰됩니다. 기술 응용 분야에는 재료 연구에 사용되는 편광 현미경, 액정 디스플레이 및 광학 기기가 포함됩니다.

1. 빛은 자연스럽고 편광되어 있습니다.

2. 편광판을 통한 빛의 통과. 말루스의 법칙.

3. 편광을 생성하는 방법.

4. 광학 활성 물질에 의한 편광면의 회전.

5. 의학적, 생물학적 문제를 해결하기 위한 편광의 응용. 편광법. 광탄성.

6. 기본 개념 및 공식.

7. 임무.

22.1. 자연광 및 편광

빛의 간섭 현상을 분석한 결과, 자연광엄청난 숫자의 집합이다 기차,서로 다른 시간에 서로 다른 분자(원자)에 의해 방출됩니다. 자연광의 광선에서는 광선의 전파 방향에 수직인 광 벡터의 모든 진동 방향이 동일하게 가능합니다.

자연광- 빛 전파 방향에 수직인 가능한 모든 동일 확률의 빛 벡터 방향(E)을 갖는 일련의 전자기파(열차).

자연스러운스베타.

그림 22.1에서, ㅏ빔 O의 단면은 그 방향에 수직인 평면으로 표시되며, 이 단면에 있는 다양한 열차의 광 벡터의 혼란스러운 방향이 표시됩니다. 이 섹션은 일반 섹션.그림 22.1에서, 비는 빔 자체를 통과하는 평면에 의한 빔 O의 단면을 보여줍니다. 이 섹션은 축의축 단면에 있는 열차의 라이트 벡터는 점선으로 표시되고 단면에 수직인 열차의 라이트 벡터는 점으로 표시됩니다. 점과 대시의 개수는 동일합니다.

쌀. 22.1.두 평면의 자연광 광선 단면: a - 일반 단면; b - 축 단면

특수 장치를 이용하여 자연광에서 - 편광판- 모든 빛 벡터의 방향이 동일한 빛을 얻을 수 있습니다. 이런 종류의 빛을 불이라고 합니다 평면 편광.

평면편광 -모든 열차의 빛 벡터의 방향이 동일한 빔의 빛.

모든 빛 벡터가 있는 평면 편광 광선의 축 단면을 다음과 같이 부릅니다. 편광면.

아래는 빔의 그래픽 표현입니다. 평면 편광스베타.

그림 22.2에서, ㅏ표시됨 정상빔 단면 O - 모든 빛 벡터는 하나의 직선을 따라 진동합니다. 그림 22.2에서, 비모든 광 벡터가 있는 축 단면을 보여줍니다(대시로 표시). 편광면.그림 22.2에서, V빔의 축 단면이 표시됩니다. 수직라이트 벡터(점으로 표시)

그 안에 있는 빛은 우대광 벡터 E의 진동 방향을 호출합니다. 부분적으로 편광된 빛.이 빛은 혼합물자연광과 평면편광.

그림 22.3은 빔의 그래픽 표현을 보여줍니다. 부분적으로 극성이 있는스베타.

쌀. 22.2.서로 다른 평면에 의한 평면 편광 빔의 단면:

a - 일반 섹션; b - 광 벡터를 포함하는 축 단면(편광 평면) c - 광 벡터에 수직인 축 단면

쌀. 22.3.부분적으로 편광된 광선의 단면: a - 일반 단면; b - 평면에 있는 광 벡터가 우세한 축 단면; c - 평면에 수직인 광 벡터가 우세한 축 단면

22.2. 편광판을 통한 빛의 통과. 말루스의 법칙

자연광을 편광으로 변환하는 과정 (편광)특수 장치인 편광판을 사용하여 수행할 수 있습니다.

편광판 -완전 또는 (덜 일반적으로) 부분 편광을 생성하는 장치입니다.

우리는 완전한 것만 고려할 것입니다 선형 편광,평면 편광이 편광판에서 나오는 방식입니다.

편광판은 전송만 합니다. 투사라이트 벡터 이자형비행기라고 불리는 비행기에 주 비행기

편광판.이 평면은 빔의 입사점을 통과하며 공간 방향은 편광 장치에 의해 결정됩니다.

분석기를 사용하여 빛의 편광 여부를 감지하고 그 정도를 확인할 수 있습니다. 분석기편광 정도를 결정하는 데 사용되는 편광판입니다.

분석기를 편광 광선의 경로에 배치하고 광선을 중심으로 회전하면 출력 광의 강도가 특정 최대값 I 0에서 0으로 변경됩니다. 분석기를 통과하는 빛의 강도를 측정하는 E.L. Malus는 다음 법칙을 따른다는 사실을 확립했습니다(1810). (말루스의 법칙):

여기서 I 0은 분석기에 입사되는 빛의 강도입니다. I는 투과된 빛의 강도입니다. ψ는 편광판과 분석기의 주요 평면 사이의 각도입니다.

수학적 관점에서 Malus의 법칙은 편광판이 광 벡터 E의 투영만 편광판의 기본 평면으로 전송한다는 것을 의미합니다(그림 22.4).

쌀. 22.4.분석기를 통한 편광 통과(빔은 패턴 평면에 수직임)

자연광(비편광)이 편광판에 떨어지면 Malus의 법칙이 각 개별 열차에 적용됩니다. 자연광에서는 빛 벡터의 모든 방향이 동일하게 발생합니다.

22.3. 편광을 생성하는 방법

평면 편광을 생성하는 대부분의 선형 편광판의 작동은 복굴절, 선형 이색성, 반사 및 굴절 중 빛의 편광이라는 세 가지 물리적 현상 중 하나를 기반으로 합니다.

반사와 굴절에 의한 편광

두 개의 등방성 유전체(예: 공기와 유리) 사이의 경계면에 광선이 떨어지면 부분적으로 반사되고 부분적으로 두 번째 매질에 침투합니다. 이 경우 두 광선은 모두 다음과 같습니다. 부분적으로 양극화됨.반사된 빔에서는 벡터 E의 방향이 입사면에 수직으로 우세하고, 굴절된 빔에서는 평행합니다. 편광 정도는 입사각에 따라 달라집니다. 특정 입사각에서 반사된 광선은 편광됩니다. 충분히,굴절된 광선의 편광 정도는 최대가 됩니다(그림 22.5).

쌀. 22.5.반사 및 굴절 중 빛의 편광

이 각도를 브루스터의 각도(i B) 다음 조건에 의해 결정됩니다.

굴절된 빔의 편광 정도는 굴절을 반복함으로써 크게 증가할 수 있습니다. 따라서 하나의 유리판을 통과할 때 굴절된 광선의 편광 정도는 15%를 초과하지 않습니다. 그러나 겹쳐진 16개의 판을 통과한 후에 나오는 빛은 거의 완전히 편광됩니다.

이러한 플레이트 모음을 호출합니다. 스톨레토프의 발.이 방법의 단점은 생성된 편광의 강도가 낮다는 것입니다.

복굴절에서의 편광

일부 이방성 매체와의 경계면에서 광선이 굴절되면 현상이 관찰됩니다. 복굴절- 굴절된 광선이 두 개로 분할됩니다. 이 경우 두 광선 모두 완전히 편광됩니다.

많은 결정은 격자의 비대칭으로 인해 광학적 이방성을 나타냅니다(예: 아이슬란드 스파).

복굴절- 빛의 굴절률이 편광 및 전파 방향에 의존하기 때문에 일부 이방성 매체를 통과할 때 광선이 분기됩니다.

한 광선은 굴절의 법칙을 따르며 다음과 같이 불립니다. 평범한 "o".다른 광선에 대해서는 이 법칙이 만족되지 않으며 이를 다음과 같이 부릅니다. 기이한"이자형". 이중 굴절 현상은 그림 1에 나와 있습니다. 22.6.

복굴절을 사용하면 완전히 편광된 편광을 얻는 작업이 수행되므로

쌀. 22.6.복굴절

빛은 자동으로 해결되고 남은 것은 모두 둘광선 하이라이트 하나.이를 위해 두 가지 방법이 사용됩니다.

1. 니콜라스 프리즘.이 편광판(그림 22.7)은 아이슬란드 스파로 만들어졌으며 일반 광선과 이상 광선의 굴절률이 다릅니다(n 0 = 1.65, n e = 1.48). 프리즘을 대각선으로 자르고 캐나다 발삼과 "중간"굴절률 nkb = 1.55.

쌀. 22.7.니콜라스 프리즘의 광선 경로

프리즘 면의 적절한 입사각에서 일반 광선 "o"는 캐나다 발삼 층에서 내부 전반사를 겪고 검게 변한 윗면에 흡수됩니다. 이상광선 "e"는 경계를 통과하여 바닥면과 평행하게 프리즘을 빠져나갑니다.

2. 이색성, 폴라로이드.일부 복굴절 결정에서는 정상 광선 "o"가 이상 광선 "e"보다 훨씬 더 강하게 흡수됩니다. 이 현상을 이색성.예를 들어 전기석은 가시광선 범위에서 이색성을 나타냅니다. 가시광선이 입사되는 1mm 두께의 전기석 판에서는 "o"선이 거의 완전히 흡수됩니다. "e" 광선만 나옵니다.

이색성을 이용한 편광판을 편광판이라 한다. 폴라로이드.현재 그들은 넓은 면적의 얇은 필름 형태로 폴라로이드를 생산하는 방법을 배웠으며, 이를 통해 넓은 편광 빔을 얻을 수 있습니다. 이러한 필름은 계산기 디스플레이와 컴퓨터 모니터의 LCD 화면에 널리 사용됩니다. 폴라로이드 안경은 물이나 눈 위에서 태양의 눈부심을 줄여줍니다. 같은 목적으로 비디오 촬영 시에도 편광 필터가 사용됩니다.

22.4. 광학 활성 물질에 의한 편광면의 회전

일부 이방성 매체를 통한 편광의 통과는 빛 전파 방향을 중심으로 편광 평면의 회전을 동반합니다. 이 현상을 편광면의 회전.이런 현상이 나타나는 물질을 물질이라고 합니다. 광학적으로 활동적입니다.고체 광학 활성 물질의 예로는 고체 석영, 설탕, 진사 등이 있습니다.

편광면의 회전 각도(a)는 광학 활성 물질 층의 두께(L)에 비례합니다.

비례 계수 α 0은 물질의 구조에 따라 달라지며 다음과 같이 불립니다. 회전 상수(도/mm). 회전 능력은 빛의 주파수에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 1mm 두께의 석영판은 빨간색 빛의 편광면을 15° 회전시키고 보라색 빛의 편광면을 51° 회전시킵니다.

일부 물질의 용액에는 편광면을 회전시키는 능력도 있습니다. 예를 들어, 설탕과 포도당, 테레빈유, 타르타르산, 니코틴의 수용액. 이들의 경우 회전 각도는 농도(C)에 따라 달라집니다.

여기서 [α 0 ] - 특정 회전(도 cm 2 /g), 그 값은 용질과 용매의 화학적 성질, 온도와 빛의 파장([α 0 ] ~1/λ 2)에 따라 달라집니다.

광학 활성 물질은 두 그룹으로 나뉩니다. 첫 번째에서 광학 활성은 중심이나 대칭면이 없는 분자의 비대칭 구조와 관련됩니다. 키랄.이 경우 물질의 광학 활성은 모든 응집 및 용액 상태에서 나타납니다. 두 번째 그룹에는 광학 활성이 물질 자체의 비대칭 구조(결정 격자)와 관련된 물질이 포함됩니다.

광학 활성 물질은 다음과 같습니다. 우회전의그리고 왼손잡이.우회전 물질은 분극면을 회전시킵니다. 시계 방향으로(빔을 바라보는 경우)

긍정적인(α> 0). 좌회전 물질은 분극면을 회전시킵니다. 시계 반대 방향.그것에 대한 회전 용량의 양 부정적인(α< 0).

키랄 분자는 오른손잡이와 왼손잡이의 두 가지 거울대칭 형태로 존재할 수 있습니다. 이 두 가지 이성질체 형태를 대척지.살아있는 자연(적어도 지구상)에는 가장 중요한 생물학적 분자가 모두 존재한다는 것을 아는 것이 중요합니다. 단 하나의두 가지 가능한 형태 중 하나입니다. 그러므로 어떤 방법으로든 우리가 다른 대척동물로부터 음식을 만든다면, 동물들은 그것을 소화할 수 없을 것입니다. 그 이유는 순전히 기하학적입니다. 모든 화학 반응은 분자가 서로에 대해 적절하게 위치하는 것으로 시작됩니다. 그 후에야 전자의 상호 작용이 시작됩니다. 방향이 서로 일치하지 않는 키랄 분자의 경우 왼쪽 장갑을 오른쪽 손에 놓는 것이 불가능한 것처럼 이는 달성할 수 없습니다.

생물학적 설탕인 것으로 알려져 있습니다. 우회전의화학적으로 생산된 설탕은 오른쪽과 왼쪽을 포함하는 혼합물입니다. 대척지동일한 수량으로. 이 혼합물은 라세믹.라세믹 혼합물 회전하지 마세요양극화 평면은 긍정적이고 부정적인 영향이 보상되기 때문입니다. 박테리아를 합성 설탕 용액에 넣으면 얼마 후 용액은 다음과 같이 변합니다. 왼손잡이.이는 박테리아가 우선성 설탕 분자만 대사한다는 것을 의미합니다.

22.5. 의학적, 생물학적 문제를 해결하기 위한 편광의 응용

양극화 및 관련 효과는 생물의학 연구에 널리 사용됩니다.

편광 측정법

편광 측정법은 빛의 편광면 회전량을 측정하여 자연 또는 자기장에 의해 유도된 광학 활동을 갖는 매체를 연구하는 광학 방법입니다.

이 방법은 암 진단을 위한 혈청 단백질의 광학 활성을 결정하고, 혈액 및 소변의 당 수준을 결정하고, 생물물리학 연구 및 식품 산업에서 사용됩니다. 해당 측정 장비를 호출합니다. 편광계또는 당도계(설탕 농도를 측정하도록 특별히 조정된 경우)

편광현미경

편광현미경은 집광기 앞에 편광판을 배치하여 편광된 빛을 물체에 조사한다는 점에서 기존 광학현미경과 다릅니다. 분석기는 렌즈와 접안렌즈 사이의 튜브에 배치됩니다. 편광판과 분석기의 주축이 교차되면 편광면을 회전시키는 생물학적 물체의 조각만 현미경을 통해 볼 수 있습니다. 이 경우 회전 각도가 클수록 관찰된 조각의 밝기가 높아집니다.

광탄성

투명한 몸체에 생성된 기계적 응력은 광학적 특성을 변경할 수 있습니다. 즉, 광학적으로 등방성 몸체는 이방성이 될 수 있고, 이방성 몸체는 이방성을 변경할 수 있습니다. 그러한 현상의 복합체를 광탄성.

광탄성 현상은 뼈 조직에서 발생하는 기계적 응력을 결정하기 위해 외상학에서 사용됩니다. 접합 모델은 투명한 재질(종종 플렉시글라스)로 생성됩니다. 교차된 폴라로이드 사진을 언로드하면 이 모델은 균일하고 어둡게 보입니다. 실제 조건에서 뼈가 노출되는 것과 유사한 기계적 하중의 영향으로 모델의 이방성이 발생합니다. 편광면의 회전.회전 각도는 기계적 응력에 비례합니다. 이 경우 줄무늬와 반점의 특징적인 패턴이 나타납니다. 이 그림과 하중이 증가하거나 감소할 때 발생하는 변화로부터 모델과 실제 접합에서 발생하는 기계적 응력에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.

22.6. 기본 개념 및 공식

표 계속

테이블 끝

22.7. 작업

1. 편광판과 검광판을 통과하는 자연광의 강도가 4배 감소하면 편광판과 검광판의 주요 평면 사이의 각도 ψ는 얼마입니까?

2. 빛이 용액이 담긴 관을 통과할 때 편광면의 회전 각도가 α = 22°인 경우 설탕 용액의 비회전도 [α 0 ]를 결정합니다. 튜브의 길이는 L = 10 cm이고, 용액의 농도는 C = 0.33 g/cm 3 입니다.

3. 파장 λ = 509nm를 갖는 빛의 편광면의 회전 각도가 α = 180°인 석영 판의 두께 L을 결정합니다. 이 파장에 대한 석영의 회전 상수는 α 0 = 29.7 deg/mm입니다.

4. 길이 L = 20cm인 튜브에 설탕 용액을 부으면 빛의 편광면(λ = 0.5μm)이 각도 a = 30°만큼 회전합니다. 이 파장에 대해 설탕 용액에 의해 발생한 비회전이 [α 0 ] = 6.67 deg*cm 2 /g인 경우 용액 내 설탕의 농도를 구합니다.

5. C 1 = 0.28 g/cm 3 농도의 포도당 용액을 당도계 큐벳에 부으면 빛의 편광면이 각도 a 1 = 32°만큼 회전합니다. 용액이 편광면을 각도만큼 회전시키면 같은 길이의 큐벳에 있는 C 2 포도당의 농도를 결정합니다.

6. 수평선 위 태양의 높이가 몇도에서 호수 표면에서 평면편광 방식으로 햇빛이 반사됩니까? 가시광선 영역에서 물의 굴절률은 n = 1.33입니다.

자연광은 전기 자기 강도의 방향이 빠르고 무작위로 변하는 광학 방사선입니다. 필드와 광선에 수직인 모든 진동 방향이 동일하게 가능합니다.

편광 - 광 벡터의 진동 방향이 어떤 방식으로 정렬되어 있는 빛입니다.

부분 편광 - 외부 영향의 결과로 벡터 E의 주요 진동 방향이 나타나는 경우.

평면 편파 - 벡터 E의 진동이 한 평면에서만 발생하는 경우입니다.

편광판 이후의 광 강도는 Malus의 법칙에 의해 결정됩니다. 나는=I 0 *cos 2 α

나는 0 - 편광판 앞의 강도; I – 편광판 이후의 강도; α는 벡터 E와 편광면 사이의 각도입니다.

자연광이 2개의 편광판에 떨어지도록 합니다.

나는 1 =1/2*나는 먹는다

I 2 =1/2*나는 먹는다 *cos 2 α=I 1 *cos 2 α

빔 편광도 Δ=(Imax-Imin)/(Imax*Imin)

22. 반사 및 굴절 중 빛의 편광. 브루스터의 법칙.

편광은 유전성 등방성 매체에서 빛의 반사 또는 굴절을 사용하여 생성될 수 있습니다. 두 유전체 사이의 경계면에서 빛의 입사각이 0이 아닌 경우 반사 광선과 굴절 광선은 부분적으로 편광됩니다. 두 광선의 편광 정도는 광선의 입사각에 따라 달라집니다. 각 쌍의 투명 매체에는 반사된 빛이 완전히 평면 편광되고 굴절된 빔이 부분적으로 편광된 상태로 유지되는 입사각이 있지만 이 각도에서의 편광 정도는 최대입니다. 이 각도를 브루스터 각도라고 합니다. 브루스터 각도는 다음 조건에 따라 결정됩니다. tgψ Br =n 21 =n 2 /n 1

23. 자연광과 편광. 편광면의 회전.

벡터 E가 진동하는 평면을 진동 평면이라고 하고, 벡터 H를 편광 평면이라고 합니다.

벡터 E의 진동이 어떤 방식으로든 정렬되면 빛을 편광이라고 합니다. 한 평면에 있는 경우 - 평면 편광.

한 평면에서 E의 진동이 다른 평면보다 우세하면 빛은 부분적으로 편광됩니다.

자연광에서 벡터 E는 빔 전파 방향에 대해 비대칭성을 경험하지 않습니다.

평면 편광은 편광판이라는 장치를 사용하여 얻습니다.

편광판의 광 강도는 Malus의 법칙에 따라 결정됩니다. I=I o COS 2 α, 여기서 Io는 편광판 이전의 강도이고, I는 이후이며, α는 E와 편광면 사이의 각도입니다.

빔 편광 정도는 다음과 같은 값입니다: Δ=(I max -I min)/(I max +I min)

자연광의 경우 Δ=0, 평면 편광의 경우 Δ=1, 부분 편광의 경우 0<Δ<1.

평면 편광은 입사각이 브루스터 각도와 동일한 경우 두 매체 사이의 경계면에서 반사되어 얻어집니다. tanα br =n 21 =n 2 /n 1

빛이 광학 활성 물질을 통과하면 벡터 E가 회전합니다. 이러한 현상을 편광면의 회전이라고 합니다.

결정과 순수 액체에 대한 편광면의 회전 각도: ψ=αd; 솔루션의 경우: ф=[α]cd, 여기서 d는 광학 활성 물질에서 빛이 이동한 거리이고, a([a])는 소위 특정 회전이며 수치적으로 편광 평면의 회전 각도와 동일합니다. 단위 두께(단위 농도 - 용액의 경우)의 광학 활성 물질 층에 의한 빛, C - 용액 내 광학 활성 물질의 질량 농도, kg/m3. 특정 회전은 진공 상태에서 물질의 성질, 온도 및 빛의 파장에 따라 달라집니다.

편광면의 회전 현상은 두 가지 프레넬 가정을 사용하여 설명할 수 있습니다.

모든 평면 편파는 오른쪽과 왼쪽으로 회전하는 원 안에 편파된 2개의 파동으로 나타낼 수 있습니다.

광학 활성 물질의 회전 속도는 다릅니다.