Жарықтың поляризациясы.Малюс заңы

Жарық поляризациясы. Табиғи жарық пен поляризацияланған жарық.Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі. Жарық толқындарының өрісін электр векторы (Е) мен магнит векторы (Н)арқылысипаттауға болады. Бұл вектор өзара жəне толқын таралатын бағытқаперпендикуляр болатындығы белгілі. Жарық толқыны өрісінің векторы үздіксізөзгеріп, яғни ұдайы тербеліп тұрады. Жарықтың фотохимиялық əсері (Е) электрвекторы əсеріне байланысты. Сондықтан бұл вектор кейде жарықвекторы деп театалады. Жарық тербелістері делінгенде осы тербелісі айтылады. Жарық толқынының интенсивтілігі, яғни 1 сек. Толқын таралатын бағытқа перпендикуляр1 см2 ауданнан өтетін жарық энергиясынның мөлшері, оның электр векторыныңамплитудаларының квадратвна тура пропорционал болады. Жарық толқындарызаттың атомдары мен молекулаларында жүріп жатқан кенйбір процесстернəтижесінде пайда болады. өте кішкене жарық көзі құрамында сансыз көп атомдарболады. Олардың əрқайсысы шығаратын жарық толқындарының электрвекторының бағыттары əртүрлі, сонымен қабат бір атомның шығарған жарықтолқындарының электр векторының бағыты да өзгеріп тұрады. Сөйтіп, жарықтолқынының электр векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни ол сан алуанжазықтықта тербелуі мүмкін. Мұнда бір бағыттың басқа бағыттарданартықшылығы болмайды. Өрісінің электр векторы кеңістікте осылай түрлі бағытта орналасқан жарық – табиғи жарық деп аталады.Табиғи жарық толқындарының барлық бағытта интенсивтігі бірдей болады. Белгіліжағдайда жарық толқыны векторы тек бір белгілі бағытта ғана тербелуі мүмкін.Осындай жарық – толық поляризацияланған жарық деп аталады.Электр векторының тербеліс бағыты мен сол тербелістер таралатын бағыт арқылыөтетін жазықтың поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығы, оғанперпендикуляр жазықтық – поляризациялану жазықтығы деп аталады. Егер жарық векторы тербелістері бір ғана жазықтықтаболып жатса, ондай жарық жазықша поляризацияланған жарық деп аталады. Жарықтың поляризациялану құбылысын тəжірибе жасап байқауға болады, бұл құбылысты, мыс., жарық турмалин пластинкадан өткенде байқау оңай. Турмалин кристалынаноның осіне параллель етіп жарып алынған мөлдір жұқа пластинка алып, оғантабиғи ақ жарық түсірейік. Сонда ол қоңырлау жасыл түсті болып көрінеді. Егероны түскен сəуле бағытымен дəл келетін осьтен айналдырсақ, өткен жарықинтенсивтілігі өзгермейді. Дəл сондай тағы бір турмалин пластинка алып, оныалғашқы пластинканың жанына 1, а – суретте көрсетілгендей, яғни олардың ХХосьтерін параллель етіп қойсақ, онда жарық пластинкалардың екеуінен де өтеді,бірақ оның интенсивтілігі бұрынғысынан гөрі сəл бəсеңдейді, себебі жарықты бірпластинкадан гөрі екі пластинка көбірек жұтады. Енді турмалин пластинкалардыңбіреуін, мыс., ІІ пластинканы, сəулемен дəл келетін осьтен айналдырсақ, өткенжарық интесивтілігі кеми бастайды, олардың ХХ осі бір-біріне перпендикулярболса (1, б – сурет), жарық ІІ пластинкадан өтпейді. Бұған қарағанда І турмалинпластинка тек бір белгілі бағытта, мыс., ХХ осьтері бағытында болатын жарықтербелістерін ғана өткізеді. ІІ турмалин пластинка ондай тербелістерді бөгейді.Сөйтіп, турмалин пластинкасынан өткен жарық толқынының электр векторыбелгілі бір жазықтықта тербеледі, демек табиғи жарық турмалиннан өткендеполяризацияланады. Бұл тəжірибелер жарық тербелістерінің көлденеңтербелістер екендігін дəлелдейді.Біз қарастырған мысалда І турмалин пластинка поляризатор, ІІ турмалинпластинка анализатор деп аталады. Қабаттастыра қойылған екі турмалинпластинкадан жарықтың өтіп-өтпеуі сол пластинкалардың белгіліжазықтықтарының өзара қалай орналасқандығына байланысты.Жарықтың шағылуы жəне сыну кезінде поляризациялануы. Тəжірибегеқарағанда, жарық екі ортаның шекарасында шағылғанда жəне сынғандаазды-көпті поляризацияланады. Жарықтың мөлдір екі диэлектрлік орта шекарасындаполяризациялануына тоқталайық. Табиғи жарық шоғы параллель жазықшыны пластинка бетінен шағылғандағы поляризациялануын қарастырайық. Мыс.,ММ қоңыр шыны пластинканың О нүктесіне i бұрыш жасап түскенSO сəуле одан шағылып, жолындағы T1 турмалин пластинкадан өтетін болсын.Егер осы пластинканы шағылған OS1 сəулеге дəл келетін осьтен айналдырсақ,шағылған жарық интенсивтілігінің өзгергендігін байқаймыз. Егер түсу бұрышы 0 i ≈ 56 болса, турмалин пластинканы толық бір айналдырғанда шағылған жарықинтенсивтілігі екі рет нольге теңеледі, яғни жарық екі рет сөнеді. Мұның себебі:шыныдан шағылған жарық поляризацияланған болғаны. Мұнда шыны пластинкаполяризатор, турмалин пластинка анализатор болып табылады. Осындайзерттеулер нəтижесіне қарағанда шағылған жарық түсу жазықтығындаполяризацияланады.Жазық параллель шыны пластинкадан шағылған жарықтың поляризацияланукүйін зерттегенде анализатор етіп 2 – жазық параллель пластинканы алуғаболады. Табиғи жарықтың 1O1 S сəулесі M1N1 жазық параллель шыныпластинкадан шағылған соң дəл сондай M2N2 шыны пластинкаға түсіп, 2-ретшағылсын, жарықтың бұлардан шағылу бұрыштарыбірдей ()1 i′ = i′ болсын, M2N2 пластинканы O1O2сəулемен дəл келетін осьтен айналдырғанда одан шағылған жарықтың интенсивтілігі өзгереді. Сондажарықтың M1N1 жəне M2N2 пластинкаларға түсужазықтықтары бір-біріне параллель болған жағдайда M2N2 пластинкадан шағылған жарықтың интенсивтілігі максималь болады, егер сол түсу жазықтықтары өзараперпендикуляр болса, онда шағылған жарық интенсивтілігі минималь болады. Бұған қарағанда M1N1 пластинкадан шағылған жарық түсу жазықтығындаполяризацияланған, яғни оның электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр бағытта тербеледі. Егер жазықтың осы шыны пластинкалардың əрқайсысынатүсу бұрышы 0 i ≈ 56 жəне оларға жарықтың түсу жазықтықтары бір-бірінеперпендикуляр болса, онда M2N2 пластинкадан жарық мүлде шағылмайды. Бұлжағдайда шағылған жарық толық поляризацияланған болады; сондағы түсубұрышы (0i) толық поляризациялану бұрышы, немесе брюстер бұрышы деп

аталады. Əрбір мөлдір диэлектрик ортаның өзіне тəн толық поляризацияланубұрышы болады. Брюстердің (1815 ж.) тағайындалуы бойынша жарықтың толықполяризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның жарық сынукөрсеткішіне тең: tg = n

n - салыстырмалы сыну көрсеткіші. Бұл қорытынды Брюстер заңы деп аталады. Бұл заңды жарықтекдиэлектриктер (шыны, кварц, су, т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолдануға болады.Жалпы, жарық екі мөлдір ортаның шекарасында əрі шағылады, əрі сынады. Сонда шағылған сəуле де сынған сəуле де поляризацияланады. Егер жарықтың түсубұрышы Брюстер бұрышына тең болса, онда шағылған сəуле толық поляризацияланады. Сынған сəуле шала поляризацияланады. Мөлдір екі диэлектрлік шекара бетінен шағылғанжарық интенсивтілігі, сондай-ақ сол жарық интенсивтілігінің түскен жарық интенсивтілігіне қатынасы, яғни шағылу коэффициенті, түскен жарықтың поляризациялану күйіне, оның түсу жəне сыну бұрышына тəуелді болады. Егер жарық толқынадарының электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр бағытта тербелсе (а – сурет),яғни жарық түсу жазықтығында поляризацияланған болса, онда шағылукоэффициенті () ρs мынадай формуламен өрнектеледі:

Егержарықтолқындарыныңэлектрвекторытүсужазықтығындатербелсе (б–сурет), яғнижарықтүсужазықтығынаперпендикуляржазықтықтаполяризацияланғанболса, ондашағылукоэффициенті () ρ p мынағантеңболады:

iмен r – түсужəнесынубұрышы.Бұл формулаларды Френель қорытып шығарғандықтан Френель формуласыдеп аталады. Егер түскен жарық поляризацияланбаған болса, онда шағылукоэффициенті(ρ)мынадай формуламен өрнектеледі:

P=

Жарықекідиэлектриктіңшекарабетінетіктүскен (i = 0) жағдайдашағылукоэффициентімынағантеңболады: p=

n – екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіші.

Малюс заңы. Адамдардың жарықтың тегі жөніндегі танымы өте көп. 1808жылы Франция ғылым академиясы жүлде сыйлығын дайындай отырып, сəуленің қосарланып сыну құбылысын тəжірибемен теория жүзінде талқылады. Дəл осытұста, Франция инженері Малюс (1775-1812) 1808 жылдың бір қысқы кешіндеүйінде отырып исландия тасы арқылы Париждегі Лушенбург сарайының терезесінен шағылысқан күн кескініне көз тастап қос кескін көреді. Бұл белгілі іс бола тұрса да, исландия тағы да айналдырып қалғанында, екі кескіннің жарық пен қараңғылық дəрежесінде де осыған сай өзгерістің болғаны, исландия тасы айналып белгілі орынға келгенде қос кескіннің бірі ғайып болғаны таңдандырады. Өз жаңалығына қуанған Малюс сол түні басқа жарық көздерін пайдаланыпталай рет тəжірибе жасап көрді. Ол шам жарығын исландия тасынан өткізу, əріоны су бетінде шағылыстыру арқылы исландия тасынан өткен екі шоқ жарық ° 36 бұрышпен су бетінде түскенде шам жалынының бір ғана кескіні көрінетінін байқады. Малюс жарық күшінің бағытқа сай өзгеретін мұндай құбылысын жарықтың поляризациялануы, мұндай жарықты “поляризациялық жарық” депатайды. Малюс тəжірибесі адамдарға мынадай фактіні ұғындырады: табиғи жарықшағылысу жəне қосарланып сынумен бір уақытта поляризациялану барысын өздігінен жасайды, ал шағылысу мен қосарланып сыну, поляризацияны тудыру жəне поляризацияны тексеру ролін атқарады. Малюс жасаған тəжірибелергетерең талдау жасай отырып, мынадай тұжырымға келеді: интенсивтілігі ° I болған поляризацияланған жарықтың екінші кристалдан өткеннен кейінгі интенсивтілігі Iболсын, сонда I мен 0 I арасында мынандай тəуелділік болады:I=

Мұндағы α бірінші кристалл мен екінші кристалдың негізгі қима беттерінің бұрышы. Осы “Малюс заңы” деп аталады.Малюс, сəуленің қосарланып сыну құбылысын ең бірінші тəжірибе жəне теория жүзінде қайтадан дəлелдегендіктен жəне түсіндіргендіктен XIX ғасырдағы

поляризацияланған құбылысты зерттеуге жол салушы болып есептеледі.