Материал: Волновая оптика

направлением падающих лучей и кристаллографической плоскостью) и возбуждает атомы кристаллической решетки. Атомы становятся источниками когерентных вторичных волн 1′ и 2′, интерферирующих между собой.

Рисунок 5‒ Дифракция на пространственной решетки

Максимумы интенсивности будут наблюдаться в тех направлениях, в которых все отраженные атомными плоскостями волны будут находиться в одинаковой фазе,

и определяться формулой Вульфа-Брэгга.

где – длина волны рентгеновского излучения.

Рентгеновские дифрактометры эффективно применяются в физическом металловедении. Основными их достоинствами являются экспрессность и точность.

Рентгеновский дифрактометр позволяет измерять интенсивность ди-

фрагированного в определенном направлении излучения с точностью до десятых долей % и угол дифракции с точностью до десятых долей минут.

6.Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации.

Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Степень поляризации.

Поляризацией света называется совокупность явлений волновой оптики, в

которых проявляется поперечность электромагнитных волн. Если колебания светового вектора E упорядочены, то свет называется поляризованным.

Свет ‒ это электромагнитная волна, представляющая собой совокупность

(единое целое) взаимно порождающих и взаимно перпендикулярных вихревых электрических и магнитных полей. Источниками этих волн (источниками света)

16

являются, как правило, релаксирующие атомы и молекулы. Свет, в котором колебания вектора E происходят в одной плоскости, называют

плоскополяризованным (или линейно поляризованным). Плоскость поляризации ‒

плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

Частично поляризованный свет – это свет с преимущественным направлением колебаний вектора E.

Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и,

следовательно, Н) называется естественным или неполяризованным светом.

Рисунок 1 ‒ Естественный (а), частично поляризованный (б) и

плоскополяризованный лучи.

Иначе те же лучи изображают с помощью стрелок и точек, причем стрелки обозначают колебания, происходящие в плоскости рисунка, а точки – в

перпендикулярных им направлениях.

а)

б)

в)

Рисунок 2 ‒ Условное изображение естественного (а), частично поляризованного (б)

и полностью поляризованного (в) лучей.

При частичной поляризации используется понятие степени поляризации.

17

Степенью поляризации называется величина

где Imax и Imin ‒ соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором. Для естественного света Imax=Imin и Р=0, для плоскополяризованного Imin=0 и Р=1.

Для получения поляризованного света используют поляризаторы – специальные устройства, выделяющие плоскополяризованный луч из естественного. Простейшим по устройству и самым дешевым поляризатором является поляроид – специально изготовленная пленка, поверхности которой защищены стеклами. Изучение поляризованных потоков света производится с помощью анализаторов, в принципе устроенных аналогично поляризаторам и в некоторых случаях взаимозаменяемых.

Поляризаторы пропускают колебания только определенного направления

(например, пропускают колебания, параллельные главной плоскости поляризатора,

и полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости). В

качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например, кристаллы (их анизотропия известна).

Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризатора, следует отметить турмалин.

Пропустим естественный свет с интенсивностью ест через поляризатор 1. У

неполяризованного света световой вектор ориентирован произвольно. Поэтому колебание с амплитудой , совершающееся в плоскости, ориентированной под углом к главной плоскости поляризатора, можно разложить на два колебания с амплитудами = cos и = sin .

18

Рисунок 3 ‒ К выводу закону Малюса

Закон Малюса: интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего через анализатор (в качестве которого используют ещё один поляризатор),

описывается формулой:

0~2 и = 0 2 , (2)

где ‒ угол между плоскостью поляризатора и плоскостью колебаний падающей волны;

ест ‒ интенсивность падающего естественного света.

Пропорциональность интенсивности I квадрату косинуса угла φ объясняется тем, что I ~ E2 , а величина напряжённости электрической составляющей,

7.Поляризация при отражении и преломлении света. Угол Брюстера и закон Брюстера. Вращение плоскости поляризации.

Поляризация света на границе двух диэлектриков. При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков (например, воздуха и воды) часть его отражается, а другая часть преломляется и распространяется во второй среде.

Используя анализатор, нетрудно убедиться, что отражённый и преломлённый лучи

19

частично поляризованы. Причём, в отражённом луче преобладают колебания вектора E, перпендикулярные плоскости падения (они обозначены точками), в

преломлённом ‒ колебания вектора E происходят преимущественно в плоскости падения (обозначены стрелками).

Рисунок 3 ‒ Поляризация отраженного и прошедшего света при падении естественного света на границу раздела диэлектриков:

а — общий случай (угол падения отличен от 0°); б — частный случай (угол падения равен углу Брюстера)

где 21 ‒ показатель преломления второй среды относительно первой, то отраженный луч является плоскополяризованным, рис. 3, б. Преломленный луч в этом случае поляризуется максимально, но не полностью. При этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны, рис. 3, б. Выражение было экспериментально получено шотландским физиком Д. Брюстером в 1815 г. и

называется законом Брюстера.

Некоторые вещества (из твёрдых тел - кварц, сахар, киноварь, из жидкостей ‒ водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью поворачивать плоскость поляризации света по мере его распространения в таком веществе. На этом свойстве оптически активных веществ основан метод определения их концентрации в жидких растворах, в

частности – сахариметрия.

20