Жарыктын поляризациясы

ЖОСПАР

 

1. ЖАРЫҚТЫҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ	3
1.1. Табиғи поляризацияланған жарық	3
2. Жарықтың  шағылу және сыну кезіндегі  поляризациялануы	5
3. Жарық сәулесінің қосарланып сынуы	6
Қолданылған әдебиеттер тізімі	8

 

1. ЖАРЫҚТЫҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ

1.1. Табиғи поляризацияланған жарық

Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі болып табылады да, олардың өрісін электр өрісі  векторы Е мен магнит өрісі векторы Н арқылы сипаттауға болады. Бұл векторлар өзара және толқын таралатын бағытқа перпендикуляр болатындығын бұрыннан білеміз. Осындай жарық толқыны өрісінің векторлары үздіксіз өзгеріп тербелісте болады. Сондықтан, мұндай векторлар кейде жарық векторлары деп аталады. Жарық толқындары заттың атомдары мен молекулаларында жүріп жатқан кейбір процестер нәтижесінде пайда болады. Ал жарық көзі құрамында сансыз көп атомдар бар. Осы атомдардың шығаратын жарық толқындарының электр векторларының бағыттары әр түрлі болып ылғи да өзгеріп отырады. Сөйтіп, жарық толқынының электр өрісі векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни әр түрлі жазықтықта тербелуі мүмкін. Олай болса, электр өрісі векторының кеңістікте осылайша барлық бағытта таралатын жарығы табиғи жарық деп аталады (1, а-сурет). Табиғи жарық толқындарының кез келген бағыттағы интенсивтігі бірдей болады.

Ал кейбір жағдайларда жарық толқыны тек белгілі бір бағытта ғана тербелуі де мүмкін. Осындай жарық поляризацияланған жарық деп аталады (1, б-сурет). Өріс векторының тербеліс бағыты мен тербелістер таралатын бағыт арқылы өтетін жазықтық поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығы, оған перпендикуляр жазықтық поляризациялану жазықтығы деп аталады (1, в-сурет).

Егер жарық векторы  тербелістері бір ғана жазықтықта болса, онда бұл жарық жазық поляризацияланған жарық болады.

Мысалы, турмалин пластинкасынан өткен жарық толқынының электр векторы белгілі бір жазықтықта   тербеледі,  демек  табиғи жарық турмалиннен өткенде поляризацияланады, сөйтіп жарық тербелістерінің көлденең тербелістері болып табылады.

Егер кристалл пластинкадан шыққан жарық толқынының электр векторының ұшы эллипс сызса, онда жарық тербелістерінің траекториясы эллипс болады. Сонда жарық толқындары эллипс бойымен поляризацияланған толқын деп аталады, сондықтан бұл құбылыс эллипстік поляризация делінеді.

Ал жарық толқынының электр векторының ұшы шеңбер бойымен сол толқын таралатын бағытта айналса, онда жарық толқындары шеңбер бойымен поляризацияланған толқын деп аталады, сондықтан бұл құбылыс дөңгелектік поляризация делінеді.

Поляризацияланған жарықты  арнайы поляроид деп аталатын поляризациялық қабықшасы арқылы алады. Осындай поляроидтың түріне целлулоид қабықшасының бетіне біркелкі бағытта күкірт қышқылына малынған иодты хинин кристалдарын жағып, одан табиғи жарық сәулесі өткізілсе, онда қабықшаның артқы бетінде тұрған экраннан поляризацияланған сәулені байқаймыз. Осындай поляроидтың механикалық моделін былайша көрсетуге болады (2-сурет). 5 жарық көзінен табиғи жарық сәулелері таралып жатсын. Осы сәулелердің таралу бағытына нормаль поляроид қойылған да, одан өткен жарық сәулелері толық поляризацияланады. Онан кейін жарық сәулелері II поляроид арқылы өтіп экранға түседі. Осындағы I поляроид поляризатор, ал ІІ поляроид анализатор деп аталады.

 

2. Жарықтың шағылу және сыну кезіндегі поляризациялануы

Жарық екі ортаның  шекарасында шағылғанда және сынғанда азды-көпті поляризацияланады. Енді жарықтың мөлдір екі диэлектрик орта шекарасында поляризациялануын қарастырайық. Ол үшін бір SO табиғи жарық сәулесі ZZ' шағылу жазық пластинка бетіне і бұрышпен түсіп, сол нүктеде і' бүрышпен шағылатын болсын (3-сурет). Шағылған ОС сәулесі D поляроидтан өтіп, экранды (Экр) жарықтандырады. Поляроидты бұру арқылы экрандағы жарықталынудың күштілігін өзгертуге болады. Егер экрандағы жарықталынудың интенсивтігі өзгерсе, онда жарық сәулесінің поляризацияланғандығын байқаймыз. Сонымен қатар, шағылған сәуленің поляризациялануы оның түсу бұрышына да байланысты.

Егер де бұрыштың шамасын 0—90°-қа дейін  өзгертсек, онда шағылған сәуле поляризациясының шамасы алғашқы кезде өседі де, түсу бұрышының белгілі бір шамасында і өзінің ең максимал мәніне жетіп, толық поляризацияланады да, содан қейін кеми бастайды.                                               3-сурет

Олай болса, шағылған сәуленің толық поляризациялануы кезіндегі  түсу бұрышы і толық поляризациялану бұрышы деп аталады. Ағылшын физигі Д. Брюстер (1781 — 1863) көптеген эксперименттердің нәтижесінен 1811 ж. мынадай қорытынды жасады, яғни жарықтың поляризациялану бұрышының тангенсі жарық шағылатын ортаның сыну көрсеткішіне тең болады:

Осы формула Брюстер заңы деп аталады да, кез келген заттардың сыну керсеткіштерін анықтау үшін пайдаланылады. Сөйтіп шағылған сәуле әр уақытта өзінің түсу жазықтығында поляризацияланады.

Ал сынған сәулеге  келетін болсақ, олардың шағылған сәуле сияқты толық поляризацияланбай тек шала поляризациялануы үшін оның таралу жолына бірнеше қабат (мысалы 9—10) шыны пластинкалар қою қажет, себебі әрбір шыны пластинкадан жарық сәулесі сынып өткен сайын оның поляризациялануы күшейе түседі де, сыну бұрышы толық поляризациялану бұрышына тең болғанда жарық толық поляризацияланады. Сөйтіп осындай шыны пластинкалар қабаттары Столетов табаны деп аталады. Осындай табанды шағылған және сынған сәулелердің поляризациясын зерттеу үшін қолданады.

3. Жарық сәулесінің қосарланып сынуы

Табиғатта және техникада өзіне  түскен жарық сәулелерін қосарландырып көрсететін кристалдар кездеседі. Егер осындай кристалдар арқылы біз затты көретін болсақ, онда оның қосарланған кескінін байқауға болады. Бұл құбылысты бірінші рет 1647 жылы дат ғалымы Э. Бартолин (1625—1698) исланд шпатын зерттеудің нәтижесінде ашқан болатын. Сондықтан мұндай құбылысты жарық сәулелерінің қосарланып сынуы деп атайды да, осындай қасиеттері бар кристалдар қосарландырып сындырушы делінеді. Кристалдың негізгі оптикалық осінің санына байланысты олар бір немесе екі осьті болып бөлінеді. Бір осьті кристалдар тобына исланд шпаты, кварц ,турмалин жатады. Бірақ турмалин кристалының сыртына бір ғана сәуле шығады, өйткені екінші сәуле турмалиннің ішінде толық жұтылады. Сәуленің қосарланып сынуын  зерттеу  үшін исланд шпатын қолданады. Ол жұмсақ, мөлдір минерал. Гипс, слюда, топаз сияқты кристалдар екі осьті кристалдар тобына жатады. Кристалға түскен сәуле мен сәуле түскен нүктеден оптикалық ось арқылы өтетін жазықтық кристалдың бас қимасы немесе бас жазықтығы деп аталады. (4-сурет)

Исланд   шпаты   кристалының сыртқы бетіне перпендикуляр бағытта түскен монохромат сәуле сынып екі сәулеге жіктеледі, олардың біреуінің кристалл ішіндегі бағыты өзгермейді, бағыты жазық бетке тік түскен кәдімгі сәуленің бағытындай болады, сондықтан бұл сәуле кәдімгі сәуле (0) деп аталады, ал екіншісінің бағыты өзгереді, сондықтан ол өзгеше сәуле (е) болады (4-сурет). Өзгеше сәуле исланд шпатынан шыққанда сынады да кәдімгі сәулемен параллель болып таралады. Зерттеудің нәтижелері бұл сәулелердің екеуінің де толық поляризацияланғандығын көрсетеді. Кәдімгі сәуле кристалдың бас қимасында, өзгеше сәуле бас қимаға перпендикуляр жазықтықта поляризацияланған болады. Және де өзгеше сәуленің осы кристалдың ішінде әр бағытта таралу жылдамдығы түрліше болады да, кәдімгі сәуле барлық жаққа бірдей жылдамдықпен таралады. Сонымен қатар исланд шпатының өзгеше сәулеге тән сыну керсеткіші кәдімгі сәулеге тән сыну көрсеткішінен артпайды, яғни п_е^п₀, сондықтан мүндай кристалдар теріс кристалдар деп аталады (мысалы, кальций, турмалин). Егер де п_е^п₀ болса, онда мүндай кристалдар оң кристалдар деп аталады (мысалы, кварц, мұз, цирконий).

Осы айтылған құбылыстарды пайдаланып табиғи жарықты жазықта поляризацияланған жарыққа айналдыру үшін поляроид, яғни Николь призмасын қолданады. Поляроид туралы жоғарыда айтқанбыз. Енді Николь призмасы туралы бір-екі ауыз сөз айталық. Жарық исланд шпаты кристалына түсіп қосарланып сынғанда пайда болатын кәдімгі және өзгеше сәулелердің әрқайсысы толық поляризацияланған сәулелер болғандықтан исланд шпатының кристалын әрі поляризатор, әрі анализатор ретінде пайдалануға болады. Олай болса, исланд шпаты кристалынан әр түрлі поляризациялық призмалар жасалады. Осындай призмалардың бір түрі Николь призмасы деп аталады. Николь призмасының бір артықшылығы, ішіне түскен жарықтың түсі өзгермейді. Бірақ екі призма жабыстырылған канада бальзамынан ультракүлгін сәулелер өте алмайды, сондықтан Николь призмасын тек толық поляризацияланған көрінетін жарық алу үшін ғана пайдаланады. Егер Николь призмасының көмегімен поляризацияланған жарық алатын болсақ, ол — поляризатор, ал поляризацияланған жарық электр векторының тербелу бағытын анықтайтын болса, ол — анализатор қызметін атқарады.

 

Қолданылған әдебиеттер тізімі

 

1. С. Арызханов. Физика. Алматы «Рауан». 1994 ж.
2. Ж. Абдулаев. Физика курсы, Алматы «Білім». 1994 ж.
3. Әбдіғапаров Қ, Қошпанов М. Қызықты физика. «Қазақстан» баспасы. Алматы. 1971 ж.
4. Ш.Қ. Биболов. Физика. «Арман - ПВ» баспасы, 2005 ж.