2.1.5 sviesos poliarizacija, sugertis ir sklaida (fizika.ktu.2009)

8/7/2019 2.1.5 Sviesos poliarizacija, sugertis ir sklaida (Fizika.KTU.2009)

1/26

I Maksvelio lygi iplaukia, kad elektromagnetinsbangos yra skersins. E ir H statmeni v.

E vektorius svyruoja E ir v ploktumojei ploktuma vadinasi poliarizacijos ploktuma.

vies sudaro ne viena elektromagnetin banga, o j pluotas.Paprastai natralioje viesoje, kurioje elektromagnetins bangos sklinda ta paiakryptimi, E vektorius svyruoja visomis kryptimis, statmenomis sklidimo krypiai.

Toki vies, kurios vektori E amplituds visomis kryptimis yra vienodos, vadinama

natralija.

viesos poliarizacija


2/26

Taiau, jei nagrinjamame viesos pluote vyraujakurios nors krypties svyravimai, tai tokia viesa yravadinama i dalies poliarizuota,

o jei E vektorius svyruoja tik vienoje ploktumoje, pilnai arba tiesikai poliarizuota.

viesos poliarizuotumo laipsnis vaizduojamas E vektori projekcijomis, kai sklidimo

kryptis yra statmena briniui.Poliarizacijos laipsnis kiekybikainusakomas:


minmax

minmax

II

II

P +

=


3/26

bet koki skaidri dielektrik skiriamj paviri krintanti viesa dalinai atsispindi,dalinai lta. Tiek lusioji, tiek atsispindjusi viesa yra dalinai poliarizuotos.

1815 m. D. Briusteris nustat dsn: viesai krintant dielektrik kampu ,tenkinaniu slyg: , viesa yra tiesikai poliarizuota.

Lusioji viesa visada yra dalinai poliarizuota.

viesos poliarizacija atspindint ir ltant skaidri dielektrik riboje

BintgiB =


4/26

viesa poliarizuojama optinmis sistemomis, vadinamomis poliarizatoriais.

Paprasiausias poliarizatorius yra turmalino kristalo ploktel.

Turmalinas yra vienas i optikai anizotropini kristal, jis gerai praleidia tik vienosE-v ploktumos svyravimus.



5/26

Pro poliarizatori prajusi viesa yra tiesikai poliarizuota.

Jos intensyvumas sumaja du kartus:

ios, tiesikai poliarizuotos ploktels kelyje pastatykimeantr toki pat ploktel, vadinam analizatoriumi.

Keiiant kamp tarp poliarizacijos ploktumos ir analizatoriaus optins aies, proanalizatori prajusios viesos intensyvumas kinta pagal Maliu dsn:


2

cospa II =

np II21=


6/26

Optikai anizotropinmis aplinkomissklindanios viesos spindulys suskyla du.

is reikinys vadinamas dvejopu viesos limu.

Tokios savybs bdingos daugeliui kristal(kvarcui, turmalinui, islandikajam patui ir kt.).

viesos greitis juose priklauso ne tik nuo jos sklidimo krypties, bet ir nuo E vektoriausorientacijos.

Kryptys, iilgai kuri dvejopo viesos limo nebna, vadinamos kristalo optinmisaimis. J gali bti viena arba kelios.

Per optin a ir krintant spindul ivesta ploktuma vadinama pagrindinio pjvioploktuma.

Abu spinduliai yra poliarizuoti taip, kad j E vektoriai svyruoja tarpusavyje statmenoseploktumose.

viesos poliarizacija dvejopas viesos limas


7/26

Paprastojo (ordinarinio o) spindulio E vektoriussvyruoja ploktumoje, statmenoje pagrindiniopjvio ploktumai.

Nepaprastojo (ekstraordinarinio e) spindulio Evektorius svyruoja pagrindinio pjvio ploktumoje.

Dvejopas viesos limas reikia, kad krintanti viesos banga anizotropinje aplinkojesuadina dvi bangas paprastj ir nepaprastj.

Jos yra poliarizuotos ir sklinda skirtingais greiiais. Abiej spinduli limas priklausonuo kampo tarp spindulio ir optins aies ir kritimo kampo.



8/26

Dvejopo viesos limo reikinys naudojamas tiesikai poliarizuotai viesai gauti.

Tam yra gaminamos Nikolio prizms (nikoliai), kurios ipjaunamos i islandikojopato ir suklijuojamos (jei norima gauti regimj vies) Kanados balzamu.

Paprastoji banga krinta balzamo sluoksn kampu, didesniu u ribin visiko vidausatspindio kamp, ir nuo jo atsispindi (paalinama).

Prizm pereina nepaprastoji tiesikai poliarizuota banga.

Paprastosios bangos lio rodiklis islandikajame pate n=1.648 , o nepaprastosios n=1.486 . viesos lio Kanados balzame rodiklis lygus n=1.55.



9/26

Per du nikolius perjusios viesos intensyvumas apraomas Maliu dsniu.


2

cospa II =


10/26


11/26

Optikai izotopins aplinkos gali tapti optikai neizotopinmis, t.y. vies dvejopailauianiomis, jei bus veikiamos elektriniu lauku.

1875 m. Keras nustat, kad dujos, kai kurie skysiai ir skaidrs kieti dielektrikai tampaoptikai anizotropiniai stipriame elektriniame lauke. Tai vadinama Kero efektu.

Tarp sukryiuot nikoli P ir A ar turmalino plokteli dedamas indas su elektrodais irtiriamuoju skysiu. Kol elektrinio lauko nra, regjimo laukas tamsus.

Sudarius tarp elektrod tamp, regjimo laukas nuvinta.

viesos poliarizacija dirbtin anizotropija (elektrin)


12/26

Tiesikai poliarizuotos viesos E vektorius optikai anizotropinje isiskaido dvi statmenas viena kitai dedamsias. Tokioje aplinkoje i komponenigreiiai skiriasi (viena atsilieka).

Todl, jei viena komponent, prajus tok kristal atsiliks per pus bangosilgio, atstojamoji poliarizacijos ploktuma bus pasisukusi per 900.

Atitinkam kristal (vadinam elektrooptiniu) veikiant elektriniu lauku, galimvaldyti viesos poliarizacijos ploktumos pasukim.

Tok elektrooptin element,

patalpinus tarp poliarizatoriausir analizatoriaus, elektriniu laukuvaldysime viesos intensyvum.

Lio rodikli skirtumas proporcingaselektrinio lauko stiprumo kvadratui

viesos poliarizacija dirbtin anizotropija (elektrin)


13/26

viesos poliarizacija LCD monitoriai


14/26

Optikai aktyvios mediagos (kvarcas, terpentinas, nikotinas, cukraus ar spiritotirpalas vandenyje ir kt.) pasuka sklindanios viesos poliarizacijos ploktum.

is reikinys paaikinamas molekuli sandaros ar daleli isidstymo gardeljeasimetrija.

Optikai aktyvs kristalai ir gryni skysiai pasuka poliarizacijos ploktum kampu ,proporcingu mediagos sluoksnio storiui:

, koeficientas vadinamas specifiniu sukimu.

Specifinis sukimas skaitine verte lygus kampui, kuriuo pasukama poliarizacijosploktuma per ilgio vienet (1 m), irpriklauso nuo mediagos prigimties,

temperatros ir viesos bangos ilgio.Tirpalai pasuka poliarizacijos ploktum kampu:

tirpalo specifinis sukimas, c jo koncentracija (m3/kg).

iuo metodu nustatoma optikai aktyvi mediag koncentracija.

viesos poliarizacija poliarizacijos ploktumos sukimas


15/26

Optikai neaktyvios mediagos tampa aktyviomis magnetiniame lauke.

Tai vadinamas Faradjaus reikinys.

Ploktumos poskio kampas priklausantis nuo magnetinio lauko stiprumo H,

mediagos sluoksnio storio liilgai magnetinio lauko:

ia V Verd daugiklis, priklausantis nuo mediagos prigimties ir viesos bangos

ilgio.

viesos poliarizacija poliarizacijos ploktumos sukimas


16/26

Mediaga sklindanti viesa j ildo, t.y. pakelia jos temperatr.Tai reikia, kad viesos bangos energija sklindant mediaga virsta jos vidine energija.

Kitaip tariant mediaga palaipsniui sugeria viesos energija, kurios intensyvumastolygiai maja. is procesas vadinamas viesos absorbcija.

Jei vis ilgi bangos absorbuojamos vienodai, absorbcija vadinama paprastja.Taip regimj viesa absorbuoja oras, vanduo, stiklas.

Jei kai kuri ilgi bangos absorbuojamos labai stipriai, tokia absorbcija vadinamaselektyvija.

iuo atveju atskiros spektro dalys gali bti visikai sugertos ir perjs mediagbaltos viesos spindulys tampa spalvotas.

viesos sugertis


17/26

Paimkime vienalyt kn, kuriame sklinda I0 intensyvumoviesos spindulys.

Perjs stor dx intensyvumas sumaja dydiu - dI.

Intensyvumo sumajim galime ireikti:

- ia - absorbcijos koeficientas.

Kiekviename dx storio sluoksnyje sugeriama tokia pat dalis bendro intensyvumo,atjusio iki kiekvieno sluoksnio. Lygt galime perrayti:

suintegruojame per vis stor:

Kadangi pradioje intensyvumas I0. O prajs atstum x, spindulio intensyvumassumas iki I. Todl integralas bus lygus:

arba:

viesos sugertis

IdxdI =

dx

I

dI= =

xx

dx

I

dI

00

xII =0

lnln x

I

I=

0

ln


18/26

viesos sugertis

xI

I=

0

lnIlogaritmav:

Gauname:

is, monochromatins viesos absorbcijos mediagoje,dsnis vadinamas Bugerio-Lamberto dsniu.

I Bugerio-Lamberto dsnio galime ivesti a prasm:

absorbcijos koeficientas skaitine verte yra lygus atvirktiniam

mediagos sluoksnio storiui, kur perjusios viesos intensyvumas sumaja ekart.

Jis priklauso nuo: mediagos prigimties, jos bsenos ir viesos bangos ilgio.

Taiau nepriklauso nuo: mediagos storio ir intensyvumo.

xeII =

0

I

I

x

0ln

1=


19/26

viesos sugertis

viesos sugertis tirpaluose apraoma modifikuotu Bugerio-Lamberto dsniu:

ia: - itirpintos mediagos koncentracija,

- koeficientas, priklausantis nuo itirpintos mediagos savybi ir viesosbangos ilgio.

xcAx eIeII == 00

A

c


20/26

viesos sugertis

Absorbcijos koeficiento priklausomyb nuo viesos bangos ilgio vadinama

mediagos absorbcijos spektru.

Jis gali bti linijinis arba itisinis.

Linijiniu absorbciniu spektru pasiymi praretintos vienatoms dujos.

iuo atveju visuose bangos ilgiuose, iskyrus sutampaniuose su elektronrezonansiniais daniais, yra lygus nuliui.

Tik labai siauruose bangos ilgi (dani) intervaluose ( ~ 0.1 nm) stebima rykisugertis.

Tokia absorbcija dar vadinama atrankine arba selektyvija.

( )

( )


21/26

viesos sugertis

Pagal linijin absorbcijos spektr nustatoma duj elementin sudtis:( )


22/26

viesos sugertis

Dujos, kuri molekuls sudarytos i daugelio atom, pasiymi juostiniais absorbcijosspektrais.

Juostos gaunasi susiliejus keletui artim absorbcijos linij.

Juost struktra priklauso nuo molekuli sudties bei atom isidstymo molekulje.

I absorbcijos spektro galime atpainti mediagos sudt bei sprsti apie jos

struktrines savybes.

Ypa paplitusi infraraudonj spinduli absorbcin spektrin analiz, nes absorbcijinfraraudonojoje srityje slygoja mediagos atom bei jon priverstiniai svyravimai,veikiant viesai.


23/26

viesos sugertis

Kondensuot mediag (suslgt duj, skysi bei kiet kn)absorbcijos spektrai yra itisiniai.

Jie sudaryti i plai absorbcijos juost,kuri ribose kinta tolygiai.

Dydio priklausomyb nuo bangos daniopaaikinama vies sugerianios mediagos spalva.

Pavyzdiui, balta viesa apviesta plvel, kuri sugeria visas, iskyrus raudonosiosviesos, bangas, prajusioje viesoje atrodo raudona.

is reikinys panaudojamas absorbcini viesos filtr gamybai.


24/26

viesos sklaida

Kai viesa sklinda optikai nevienalyte aplinka, dl viesos difrakcijos josintensyvumas visomis kryptimis pasiskirsto tolydiai.

is reikinys vadinamas viesos sklaida.

viesos sklaida nuo mediagos daleli, kuri spindulys r yra labai maas, palyginti suviesos bangos ilgiu , vadinamas Tindalio efektu.

Jis pasireikia drumstose aplinkose, pavyzdiui, dmuose, rke, emulsijoje ir kitur.

viesa, sveikaudama su maa priemaiins mediagos dalele sukelia joje antriniusvirpesius, kurie spinduliuoja antrines viesos bangas kaip elektriniai dipoliai.Toks vienas dipolis virpa krintanios viesos daniu . Antrini bang spinduliavimointensyvumas dipoliui yra proporcingas 4.

Todl isklaidytai viesai galioja Reilio dsnis: jei vies sklaidani daleli matmenysyra daug maesni u krintanios j viesos bangos ilg , tai isklaidytos viesosintensyvumas I yra atvirkiai proporcingas bangos ilgiui ketvirtuoju laipsniu, t.y.

4

4 1~~

I


25/26

viesos sklaida

Dl to, baltai viesai prajus pro drumst aplink, isklaidytoje viesoje dominuojatrumpabang (mlynai ydra) viesa, o prajusioje ilgabang (geltonai raudona)

viesa.

Tuo paaikinamas dangaus melsvumas ir tekanios bei besileidianios Saulsgeltonai rausva spalva.


26/26

viesos sklaida

Kiekvienos mediagos molekuls chaotikai juda.

Todl mauose triuose mediagos tankis fliuktuoja.

Tokio pobdio aplinkos nevienalytikumo sukeliama viesos sklaida vadinamamolekuline.

Fliuktuacini mediagos nevienalytikumo srii matmenys yra daug maesni u

viesos bangos ilg, todl molekulinei sklaidai tinka Reilio dsnis.

2.1.5 sviesos poliarizacija, sugertis ir sklaida (fizika.ktu.2009)

Documents