Поляризация света при двойном лучепреломлении, отражении света

При прохождении естественного света через некоторые кристаллы, падающий луч, разделяется на два плоско-поляризованных луча.

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией показателя преломления кристалла. Если кристалл анизотропен, то его диэлектрическая проницаемость по разным направлениям, например, по осям х и y могут быть различными, различными будут и показатели преломления и для лучей, поляризованных вдоль координатных осей с электрическими векторами Ех и Еу. Если в вакууме оба луча распространялись совместно, то попадая в кристалл, они преломятся под разными углами и пространственно разойдутся. Оба луча будут распространяться с разной скоростью и, соответственно, пройдут различные оптические пути.

При двойном лучепреломлении один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой о. Другой луч, называемый необыкновенным и обозначаемый буквой е, не подчиняется закону преломления света: отношение не остается постоянным при изменении угла падения и не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Если на пластинку падает естественный свет по нормали к поверхности, то он расщепится на два луча.

Обыкновенный луч пройдет через кристалл, не преломляясь, т.е. не изменяя своего направления. Необыкновенный луч внутри кристалла отклонится и по выходе идет параллельно обыкновенному лучу. При вращении пластинки вокруг обыкновенного луча обыкновенный луч останется на месте, необыкновенный вращается вокруг него, описывая внутри кристалла конус, вне кристалла – цилиндр.

 Явление двойного лучепреломления наблюдается у всех прозрачных кристаллов, за исключением кристаллов кубической системы. В так называемых одноосных кристаллах имеется одно направление в кристалле, в котором не происходит двойного лучепреломления. Это направление называется оптической осью кристалла. Кристалл исландского шпата является одноосным кристаллом. В двуосных кристаллах имеются две оптические оси (например, слюда, гипс). В одноосных кристаллах один из лучей обыкновенный, другой необыкновенный. В двуосных кристаллах оба луча являются необыкновенными.

Закон Малюса: Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора.

Оптически активные вещества

При прохождении плоско поляризованного света через некоторые вещества имеет место поворот плоскости поляризации света на определенный угол вокруг направления распространения света. Такие вещества (к ним относятся кварц, сахара и многие органические соединения) называются оптически активными.

Оптически активные вещества подразделяются на два типа. Относящиеся к 1-му типу оптически активны в любом агрегатном состоянии (сахара, винная кислота), ко 2-му- активны только в кристаллической фазе (кварц, киноварь). У веществ 1-го типа оптическая активность обусловлена асимметричным строением их молекул, 2-го типа - специфической ориентацией молекул (ионов) в элементарных ячейках кристалла (асимметрией поля сил, связывающих частицы в кристаллической решётке). Кристаллы оптически активных веществ всегда существуют в двух формах - правой и левой; при этом решётка правого кристалла зеркально-симметрична решётке левого и не может быть пространственно совмещена с нею.

Поляриметрия – оптический неспектральный метод анализа, основанный на вращении плоскополяризованного монохроматического луча света оптически активными веществами. Метод предназначен для определения только оптически активных веществ, способных вращать плоскость поляризации света.

Сахариметрия, метод определения концентрации растворов оптически-активных веществ (главным образом сахаров, откуда название метода).

Условия измерения стандартизуют, а шкалу измерительного прибора (сахариметра) градуируют так, чтобы при измерении в этих стандартных условиях непосредственно отсчитывать концентрацию оптически-активного вещества в %. Концентрацию сахара определяют по Международной сахарной шкале, 100 градусов которой (100 °S) соответствуют вращению плоскости поляризации света водным раствором 26,000 г чистой сахарозы в 100мл раствора, измеренному при 20 °С в трубке длиной 200 мм. 100 °S = 34,620 кругового градуса. Стандартные условия предусматривают освещение раствора сахара белым светом (объяснение этому см. в ст. Сахариметр). При измерении концентрации др. веществ (например, камфары) их освещают монохроматическим светом определённой длины волны. Сахариметрия широко применяется в пищевой и химико-фармацевтической промышленности.

Вопрос 5

  Сферическая аберрация заключается в том, что параллельные лучи, проходящие через края линзы (краевые параллельные лучи),пересекаются в точке, расположенной ближе к линзе, чем лучи, проходящие ближе к оптической оси линзы (центральные параллельные лучи). В результате вместо изображения точки получается нерезкое светлое круглое пятно.
Явление сферической аберрации можно устранить присоединением к собирательной линзе рассеивающей, т. е. совмещением положительной и отрицательной линз, имеющих противоположный характер аберрации.

 

- Хроматическая аберрация. Вследствие того, что лучи с различной длиной волны имеют различный угол преломления (а любой участок линзы можно рассматривать как призму), то при выходе из линзы пучок параллельных лучей разложится на отдельные цветные лучи, которые соберутся в различных точках. Вместо изображения точки получится пятно с радужной каймой.
Для устранения этого недостатка применяют линзы из оптического стекла с разными показателями преломления.. Если устранена хроматическая аберрация в двух основных участках спектра, то объективы называются ахроматами. Объективы, у которых устранена хроматическая аберрация для трех основных участков спектра, называются апохроматами.

 

- Астигматизм заключается в том, что изображение вертикальных и горизонтальных линий получается неодинаково резким. При фокусировке на горизонтальные линии вертикальные получаются нерезкими и наоборот. Этот вид аберрации наиболее трудно устраним. Для устранения астигматизма линзы подбираются соответствующим образом по кривизне, толщине, коэффициенту преломления. Величина воздушных промежутков между отдельными линзами должна быть также определенной. Объективы с устраненным астигматизмом называются анастигматами.

 

Вопрос 6

 Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.

 

В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.

 

В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снеллиуса. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего показателя преломления к большему показателю, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

Впервые явление полного внутреннего отражения было описано Иоганном Кеплером в 1600 году[1].

 

Нарушенное полное внутреннее отражение — явление нарушения полного внутреннего отражения из-за поглощения отражающей средой части излучения. Широко применяется в лабораторной практике и оптической промышленности.

 

Волоконная оптика — под этим термином понимают

 

● раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах, либо

● продукцию отраслей точного машиностроения, имеющую в своём составе компоненты на основе оптических волокон.

К волоконно-оптическим приборам относятся лазеры, усилители, мультиплексоры, демультиплексоры и ряд других. К волоконно-оптическим компонентам относятся изоляторы, зеркала, соединители, разветвители и др. Основой волоконно-оптического прибора является его оптическая схема — набор волоконно-оптических компонентов, соединённых в определённой последовательности. Оптические схемы могут быть замкнутые или разомкнутые, с обратной связью или без неё