Upload
leo-tot
View
1.918
Download
9
Embed Size (px)
Citation preview
1
POLARIZACIJA SVJETLOSTI
Svjetlost – TRANSVERZALNI elekromagnetski valPri širenju svjetlosti najveći dio meñudjelovanja s prozirnim sredstvom otpada na električnu komponentu EM-vala POLARIZACIJA (tj. smjer titranja) JE ODREðENA SMJEROM TITRANJA ELEKTRIČNOG POLJA
Ravnina širenja vala – ravnina odreñena smjerom širenja vala i smjerom titranja vektora električnog polja u nekom trenutku
Polarizacija valova svjetlosti
� Svaki atom u izvoru svjetlosti proizvodi val s odreñenim smjerom titranja vektora električnog polja E
� Svi smjerovi vektora električnog polja E su jednako mogući i leže u ravnini okomitoj na smjer širenja EM-vala
� Ovo je NEPOLARIZIRANI val
2
Polarizacija svjetlosti
� (a) Kada su vektori električnog polja slučajno orijentirani, svjetlost je nepolarizirana (prirodna svjetlost).
� (b) ako postoje odreñene orijentacije vektora električnog polja, svjetlost je djelomično polarizirana.
� (c) Ako vektori električnog polja titraju samo u jednoj ravnini, svjetlost je linearno polarizirana.
Polarizacija valova svjetlosti
� Val je LINEARNO POLARIZIRAN ako vektor električnog polja ima u svakom trenutku stalni smjer titranja okomit na smjer širenja EM-vala
� Pravac titranja električnog polja i pravac širenja vala odreñuju RAVNINU POLARIZACIJE koja se poklapa s ravninom titranja
� Dobivanje polarizirane svjetlosti od nepolarizirane uvijek je rezultat meñudjelovanja svjetlosti i tvari.
� Načini dobivanja polarizirane svjetlosti:� Selektivna apsorpcija (dikroizam)� refleksija� raspršenje
3
Polarizacija svjetlosti REFLEKSIJOM
Kada prirodna svjetlost upada na graničnu površinu izmeñu dvajuprozirnih sredstava, tada se svjetlost djelomično reflektira, a djelomično lomi pri čemu i reflektirana i lomljena svjetlost pokazuju neki stupanj polarizacije za razliku od upadne svjetlosti koja je nepolarizirana.
Polarizacija svjetlosti REFLEKSIJOM
� Kada se nepolarizirana svjetlost reflektira na granici dvaju prozirnih sredstava, reflektirana svjetlost je
� Potpuno polarizirana� Djelomično polarizirana� Nepolarizirana
� To ovisi o kutu upada� Ako je kut upada 0° ili 90°, reflektirana zraka je nepolarizirana,
� Za kuteve 0° < α < 90°, postoji neki stupanj polarizacije
� Pri odreñenom upadnom kutu, koji je takav da lomljena i reflektirana zraka zatvaraju kut od90°, reflektirana svjetlost je polarizirana okomito na ravninu refleksije
4
Polarizacija svjetlosti REFLEKSIJOM
Snellov zakon loma:
( )2
1 2
sin sin sintg tg
sin cossin 90p p p
p Bopp
n
n
θ θ θθ θ
θ θθ= = = = =
−
1 1n = zrak
tg B nθ = BREWSTERov ZAKON
1.54 57
1.33 53
ostaklo B
ovoda B
n
n
θθ
= ⇒ ≈
= ⇒ ≈
Polarizacija reflektirane svjelosti je potpuna ako su reflektirana i lomljena zraka svjetlosti meñusobno okomite.
Bθ - Brewsterov kut
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
� Najčešća tehnika za polarizaciju svjetlosti
� Polarizirana svjetlost dobiva se propuštanjem nepolarizirane svjetlosti kroz ureñaj koji pokazuje odreñenu orijentaciju =POLARIZATOR
5
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
Polarizacija svjetlosti pomoću selektivne apsorpcije
� Polarizacija: transverzalni val je linearno polariziran ako se titranje uvijek opaža u istom smjeru
� (a) Uže prolazi kroz pukotinu koja je paralelna sa smjerom titranja, ali
� (b) ne prolazi kroz pukotinu koja je okomita na smjer titranja užeta.
� Polarizacija svjetlosti je pojava koja dokazuje da su valovi svjetlosti transverzalni valovi.
Analogija sa širenjem transverzalnih valova na užetu :
6
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJEKad prirodna svjetlost padne na polarizator (polariod), ona se djelomično apsorbira i smanji joj se intenzitet.
Svjetlost je polarizirana u smjeru odreñenom polarizatorom (polaroidom).
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
Ako tu svjetlost propustimo kroz drugi polarizator, čiji se pravac polarizacije ne poklapa s pravcem polarizacije prvog polarizatora, intenzitet izlazne svjetlosti iz drugog polarizatora će ovisiti o kutu izmeñu pravaca polarizacije 1. i 2. polarizator (kut θ).
2( ) (0) cosI Iθ θ= ⋅
Malusov zakon
( )I θ - Intenzitet svjetlosti koju propušta analizatorAko je kut izmeñu polarizatora i analizatora θ=π/2, nema propuštene svjetlosti !
(0)I - Intenzitet svjetlosti koja dolazi na analizator
7
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
POLARIZATORI
Prirodni-Anizotropni kristali(imaju svojstvo da kristali u različitim smjerovima pokazuju različita optička svojstava) ;Npr. TURMALIN
Umjetni = POLAROIDI(nanošenjem tankih slojeva kristala na staklenu ili celuloidnu ploču)
8
Polarizacija svjetlosti pomoću SELEKTIVNE APSORPCIJE
DIKROIZAM =kada prirodna svjetlost padne na neke dvolomne kristale, tada oni mogu jednu zraku nastalu dvolomom apsorbirati, a drugu propustiti (ona je polarizirana).
Dikroični kristali : npr. Turmalin, kristal herapatit
POLAROID =komercijalni naziv za materijale s dikroičnim svojstvima, a koji su izrañeni u obiku listova ili folija
Polaroidi od prirodne svjetlosti propuste samo komponente koje titraju u jednom smjeru – dobiva se linearno polarizirana svjetlost.
Bez polaroida sa polaroidom
Polarizacija svjetlosti prolaskom kroz kristale
(Polarizacija DVOLOMOM)
E. Bartholinus (1669.god.)
-opisao prolaz svjetlosti kroz kristal kalcita (CaCO3)
-Opazio je da se svjetlost pri prolasku kroz taj kristal lomi na dvije posebne zrake
9
Polarizacija svjetlosti prolaskom kroz kristale (Polarizacija DVOLOMOM)
DVOLOM – pojava koja nastaje kada prirodna svjetlost pada na granicu nekih kristala kao što su kalcit (islandski dvolomac), kvarc, led,... i lomi se tako da od jedne upadne zrake nastaju dvije: REDOVNA i IZVANREDNA zraka.
- Nastaje zbog neizotropnosti kristala ; Brzina svjetlosti je različita u različitim smjerovima
nepolariziranazraka
Izvanredna zraka
Redovna zraka
Redovna i izvanredna zraka su polarizirane tako da su im ravnine polarizacije meñusobno okomite !
v v i r i rn n≥ <
Polarizacija svjetlosti prolaskom kroz kristale (Polarizacija DVOLOMOM)
Dvolomni kristali daju savršeno polariziranu svjetlost.
Dvolomni kristali, prirodnu svjetlost rascijepe u dva snopa polarizirane svjetllosti tako da su ravnine polarizacije u tim snopovima meñusobno okomite.
Pomoću kristala, napravljeni su polarizatori tako da je jedna od tih zraka uklonjena (npr. redovna), a druga zraka, potpuno polarizirana, izlazi iz kristala.NIKOLOVA PRIZMA – najsavršeniji optički sustav za dobivanje polarizirane svjetlosti dvojnim lomom
W. Nicol (1841. god.)- Dvije prizme zalijepljene prozirnom smolom (Kanada balzam) ;- Kombinacijom optičkih svojstava smole i kristala, redovna zraka uklanja se na bočnoj strani iz kristala, dok izvnaredna zraka napušta prizmu na izlaznoj stranici.
10
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEM
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEM
� Kada svjetlost upada na sustav čestica, kao što je plin, elektroni u plinu mogu apsorbirati, a potom i emitirati dio svjetlosti
� Ovaj proces naziva se RASPRŠENJE
� J. Tyndall (1820.-1893.) otkrio pojavu raspršenja svjetlosti na finim česticama nekog prozirnog sredstva, npr. dima u zraku (Tyndallov efekt)
� Primjer : polariziranu raspršenu Sunčevu svjetlost opaža promatrač na Zemlji
11
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEM
� Kada prirodna svjetlost padne na molekulu, električno polje u EM –valu pokrene električne valove u molekuli na titranje
� Titranje naboja je prisilno titranje, a prisilna sila je qE, gdje je q naboj koji titra
� Vodoravna komponenta električnog polja u upadnom EM-valu uzrokuje vodoravno titranje naboja
� Istovremeno, okomita komponenta električnog polja uzrokuje okomito titranje naboja
� Emitirani valovi su, stoga, vodoravno i okomito polarizirani
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEM
Naboj , najčešće, titra vlastitom frekvencijom, a za molekule su te frekvencije u UV području frekvencija.
U vidljivoj svjetlosti će naboje na titranje pobuditi frekvencija koja je najbliža vlastitoj frekvenciji, a ta frekvencija odgovara ljubičastoj i plavoj svjetlosti.
Pri raspršenju svjetlosti na molekulama zraka, vodenoj pari i prašini, jače se raspršuje svjetlost manjih valnih duljina (ljubičasta, plava).
12
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEM
Zašto nebo po danu izgleda plavo ?
Bijela svjetlost od Sunca se raspršuje i dolazi do nas – ova svjetlost je linearno polarizirana.
Atmosfera raspršuje plavu svjetlost puno jače nego crvenu –stoga, ugalvnom plavu svjetlost opažamo kada gledamo u nebo po danu.
Polarizacija svjetlosti RASPRŠENJEMZašto nebo pri zalasku sunca izgleda crveno ?
Kada je Sunce na zalasku, valovi svjetlosti moraju proći kroz debeli sloj atmosfere i do nas dolazi nepolarizirana i neraspršena crvena svjetlost.
Plava svjetlost je raspršena i polarizirana, ali je dalje od smjera opažač-Sunce.
Atmosfera raspršuje plavu svjetlost puno jače nego crvenu – stoga, ugalvnom, opažamo crvenu svjetlost kada gledamo kroz debeli slojatmosfere u Sunce na zalasku.
13
Optička aktivnost
� Odreñeni materijali pokazuju svojstava optičke aktivnosti
� Tvar je optički aktivna ako rotira ravninu polarizacije propuštene (transmitirane) svjetlosti
� Optička akivnost koja se pojavljuje se u nekom materijalu je posljedica asimetrije u oblicima materijala od kojih se sastoji taj materijal.
Tekući kristali (Liquid Crystals)
� Tekući kristal je tvar koja ima svojstva i kristala (čvrsto stanje) i tekućine
� Molekule ove tvari su ureñenije nego molekule tekućina, ali manje ureñene od molekula kristala u čvrstom stanju
� Kako bi se dobio zaslon (display), tekući kristal postavljen je izmeñu dva polarizatora i staklenih ploča. Na tekućem kristalu napravljeni su električni kontakti.
14
Tekući kristali (Liquid Crystals)
� Rotacija polariziranog snopa svjetlosti pomoću tekućeg kristala kada je napon jednak nuli
� Svjetlost prolazi kroz polarizator (na slici s desne strane) i reflektira se natrag prema opažaču.
� Opažač vidi taj dio ekrana kao svijetliji
Tekući kristali (Liquid Crystals)
� Kada se primjeni napon, tekući kristal ne rotira ravninu polarizacije
� Desni polarizator apsorbira svjetlost, te nema svjetlost koja se reflektira do opažača
� Opažač taj dio ekrana vidi kao tamu (zatamnjen)
15
Tekući kristali (Liquid Crystals)
� Promjenom primjenjenog napona na tekućim kristalima koji su pravilno rasporeñeni mogu se oblikovati zasloni na npr. ručnim satovima, prikazati slova na zaslonu računala itd...