72 Сурет 73-сурет

Егер осы пластинканы шағылған жарық интенсивтігінің өзгергендігін байқаймыз. Егер түсу бұрышы болса, турмалин пластинканы толық бір айналдырғанда шағылған жарық интенсивтігі екі рет нольге теңеледі, яғни жарық екі рет сөнеді. Мұның себебі: шыныдан шағылған жарық поляризацияланған болғаны. Мұнда шыны пластинка поляризатор, турмалин пластинка анализатор болып табылады. Осындай зерттеулер нәтижесінде қарағанда шағылған жарық түсу жазықтығында поляризацияланады, басқаша айтқанда онда электр векторы түзу жазықтығына перпендикуляр жазықтықта тербеледі.

Жазық-параллель шыны пластинкадан шағылған жарықтың поляризациялану күйін зерттегенде анализатор етіп екінші жазық- параллель шыны пластинканы алуға да болады. Табиғи жарықтың сәулесі (73-сурет) жазық-параллель шыны пластинкадан шағылған соң дәл сондай шыны пластинкаға түсіп, екінші рет шағылсын, жарықтың бұлардан шағылу бұрыштары бірдей болсын, пластинканы сәулемен дәл келетін осьтен айналдырғанда одан шағылған жарықтың интенсивтігі өзгереді.

Сонда жарықтың және пластинкаларға түсу жазықтықтары бір-біріне параллель болған жағдайда пластинкадан шағылған жарықтың интенсивтігі максиьаль болады, егер сол түсу жазықтықтары өзара перпендикуляр болса, онда шағылған жарық интенсивтілігі минималь болады. Бұған қарағанда пластинкадан шағылған жарық түсу жазықтығында поляризацияланған, яғни оның электр векторы түсу жазықтығына перпендикуляр бағытта тербеледі. Егер жарықтың осы шыны пластинкалардың әрқайсысына түсу бұрышы және оларға жарықтың түсу жазықтықтары бір- біріне перпендикуляр болса, онда пластинкадан жарық мүлде шағылмайды. Бұл жағдайда шағылған жарық толық поляризацияланған болады; сондағы түсу бұрышы толық поляризациялану бұрышы, немесе Брюстер бұрышы деп аталады. Әрбір мөлдір диэлектрик ортаның өзіне тән толық поляризациялау бұрышы болады. Брюстардің (1815 ж.) тағайындауы бойынша жарықтың толық поляризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның жарық сыну көрсеткішіне тең:

ьұндағы -салыстырма сыну көрсеткіші.

Бұл қорытынды Брюстер заңы деп аталады. Бұл заңды жарық тек диэлектриктер (шыны, кварц, су т.б.) бетінен шағылғанда ғана қолданылады.

Сәуленің электр өрісінде қосарланып сынуы. Бірсыпыра қатты және сұйық диэлектиктер, мысалы, шыны, зәйтүн майы, нитробензол т.б. электр өрісінің әсерінен анизопроп заттарға айналады, сәулені қосарландырып сындырады. Бұл құбылысты бірінші рет Керр (1875 ж.) ашқан, сондықтан бұл Керр құбылысы немесе Керр-эффект деп аталады. 1930 жылы Керр құбылысы газдарда да байқалады. Мына төмендегі 29.4-суретте, Керр құбылысын байқауға арналған қондырғы. Қондырғы Керр ұяшығынан тұрады. Ол ұяшық бір-бірімен айқасқан екі және поляризаторлары арасына қойылған. Ал ұяшықтың өзі сұйық құйылған кювет, оған конденсатор пластиналары ендірілген. Пластиналарға кернеу бергенде олардың арасында бір текті электр өрісі пайда болады. Соның әсерінен сұйық бір осьті кристалдың қасиетіндей қасиет алады. Ал оның осі өріс бойымен бағытталады. Сыну көрсеткіштерінің айырымы электр өрісінің кернеулігінің квадратына тура пропорционал:

(8)

Жарық жолын жүргенде кәдімгі және өзгеше сәулелердің жол айырымы мынаған тең:

(9)

немесе фаза айырымы былай анықталады:

(10)

Бұл соңғы өрнекті былай жазу қабылданған:

(11)

мұндағы, -Керр тұрақтысы. Керр тұрақтысы заттың температурасынан және жарық толқынының ұзындығы ден тәуелді, -ұяшықтың ұзындығы.

Керр құбылысы сұйық молекулаларының оптикалық анизотроптығымен түсіндіріледі, яғни молекулалар әр түрлі бағытта поларизацияланады. Электр өрісі жоқ кезде, молекулалар хаосты түрде орналасады, сондықтан сұйықта анизотропия байқалмайды. Электр өрісі әсерінен сұйық анизотропиялық қасиетке ие болады.

Өрістің әсерінен молекулалар бұылып, өрістің бағытына не олардың дипольдық электр моменті (полярлық молекулаларда), не ең үлкен поляризациялану (полярлық емес молекулалар) бағытына бағытталған бола-

ды. Соның нәтижесінде, сұйық анизотроптық қасиетке ие болады. Өрістің бағыттаушылық қасиетіне молекулалардың жылуық қозғалысы қарсылық жасайды. Сондықтан, осының негізінде, температура өскен сайын Керр тұрақтысының азаюын түсіндіруге болады.

Кер құбылысы инерциясыз жүреді. Заттың әлектр өрісінде изотроптық күйден анизотроптық күйге өту және өріс жоғалғанда керісінше өту процестерінің ұзақтығы с. аралығында болады. Демек, практика жүзінде айқасқан поляризатор арасындағы Керр ұяшығы инерциясыз жарық қақпағы қызметін атқрады. Конденсатор пластинкалары арасындағы кернеу жоқ кезде, қақпақ жабық. Кернеуді қосқанда қақпақ бірінші поляризаторға түсірілген жарықтың едәуір бөлігін өткізеді.

Керр ұяшығы тез жүретін фото және кино түсіруде, оптикалық телефонда, қашықтықты өлшейтін геодезиялық қондырғыларда, квант генераторларын (лазерлерді) басқару сызбаларында, сол сияқты ғылыми зерттеулерде қолданылады.

Зертханалық жұмыс.

Малюс заңы мен фазалық пластинка арқылы поляризацияланған жарықтың өтуін зерттеу.

Жұмыстың мақсаты: Малюс заңын тексеру және поляризацияланған жарықтың фазалық пластинка арқылы өтуін зерттеу.

Құрал жабдықтар: Жартылай өткізгішті лазер, анализатор, фотодиод, мультиметр.

Теориялық мәлімет.

Электоромагниттік теориясынан белгілі үш вектор: электр өрісінің кернеулігі , магнит өрісінің кернеулігі және толқындық вектор өзара перпендикуляр. Қарапайым жарық көзі көптеген толқын цугтерінен тұрады, жарық векторы кездейсоқ жағдайда көлденең жазықтыққа бағытталған, ал толқын әр түрлі бағытты. Мұндай жарық табиғи немесе поляризацияланған деп аталады.

Егер жарық векторының тербелісі бір бағытта таралса, ондай жарық поляризацияланған болады. Поляризацияланған жарықты алу процесі поляризация деп аталады. Егер векторының тербелісі бір бағытта таралатын болса, онда жарық жазық поляризацияланған деп аталады (немесе сызықша поляризацияланған.

Электр өріс векторының толқыны және толқындық вектор жатқан жазықтық тербеліс немесе поляризация жазықтығы деп аталады.

Жарықтың анизотроптық заттардан шағылуы, сынуы және түсуі кезінде жарық поляризациясы байқалады. Поляризацияланған жарықты алатын құрал поляризатор деп аталады.

Жарықтың поляризациялану дәрежесін анықтауға пайдаланылатын құралды анализатор деп атайды.

Малюс заңы.Жарық өз жолында поляризатор мен анализатор арқылы өтсін, олардың поляризация жазықтығының арасындағы бұрыш болсын (2-сурет). Поляризатордан кейін интенсивтілігі жарық шығады. Малюс заңына сәйкес анализатордан кейін шыққан жарық интенсивтілігі былай жазылады:

(1)

1-сурет 2 сурет

Бұдан интенсивтілік амплитудалардың квадраттарына пропорционал екенін көруге болады.

Егер ақырындап анализатор поляризацияланған жарықты өткізсек, онда өткен жарық интенсивтілігі анализатордың поляризация жазықтығының жағдайына байланысты өзгереді. Егер анализатор жазықтығының поляриза- циясы және поляризация жазықтығының тербеліс жазықтығы сәйкес келсе, интенсивтілік максималь мәнге ие болады. Егер осы жазықтықтар бір-біріне перпендикуляр болса, жарық интенсивтілігі минималь болады.

Эллипстік поляризацияланған жарық. Поляризациялық сәуле шығарғыштық жалпы жағдайда эллипстік поляризация болады. Жарық векторының ортогональді компоненттері таңдап алынған координаттар жүйесінде мына түрде жазылады:

, (1)

. (2)

(1) және (2) түрдегі ортогональ толқындарын жазықтығында қосу эллипстың проекциясын береді. Эллипс формасы мына параметрлермен анықталады:

-фазалар айырмасы. (3)

-амплитудалар қатынасы. (4)

немесе болғанда сызықтық поляризацияланған жарық болады. және толқындар амплитудалары тең болғанда, эллипс шеңберге айналып, дөңгелектік поляризацияланған жарық түзіледі.

векторының айналу бағытына тәуелділігі оң және сол эллипстік поляризацияны айыруға болады. жарық векторының бағытпен байланысы оң винт ережесімен бұрылса, поляризация оң деп аталады, керісінше жағдайда-сол.

Эллипс формасын суреттеу үшін геометриялық интерпретацияға ие басқа жұп параметрлері жиі қолданылады.

-алынған координаттар жүйесіндегі эллипстың үлкен жарты осінің азимуталды бағыты.

-эллипстік –эллипс жарты осьтерінің қатынасы.

және параметрлерінің арасын байланыстыратын формулалар:

(5)

(6)

(7)

(8)

Эллипс поляризациясын екі жұп параметрлерімен көрсету және олардың арасындағы байланыс иаңызды практикалық мәнге ие. Өлшеу схемаларында және параметрлерін, физикалық интерпретация нәтижесін алу үшін және параметрлерін қолданған ыңғайлы.

Жазық поляризацияланған жарықтың кристалл пластинкасынан өту.Жарықтың мөлдір кристалдан өткенде қосарланып сыну құбылысы байқалуы мүмкін. Түскен сәуле кристалл ішінде екіге бөлінеді: кәдімгі сәуле және өзгеше сәуле . Сәулелердің екеуі де поляризацияланған және тербеліс бағыттары бір-біріне перпендикуляр.

Оптикалық ось бойымен кесілген кристалл пластинкасын қарастырайық. Мұндай кристалға түскен кәдімгі және өзгеше сәулелер бір траектория бойымен таралады, бірақ фазалар айырмасына ие болады. Егер пластинкадан сәулелер өткенде, пластинка қалыңдығы оптикалық жол айырымына ие: ,онда фазалар айырмасы . Егер және электр толқындарының амплитудалары тең болғанда екі сәуледеде жарық поляризациясы дөңгелекше болады. Мұндай пластинка ширекті толқын деп аталады.(3-сурет)

болса, пластинка жарты толқынды болады. Онда фазалар айырмасы -ге тең және өткен жарық сызықша поляризацияланған.