PREDAVANJE 11 Polarizacija Svjetlosti ZA STUDENTE

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.


� 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


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: 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).


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



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


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


� 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


� 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


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


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


� 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


� 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


� Promjenom primjenjenog napona na tekućim kristalima koji su pravilno rasporeñeni mogu se oblikovati zasloni na npr. ručnim satovima, prikazati slova na zaslonu računala itd...

PREDAVANJE 11 Polarizacija Svjetlosti ZA STUDENTE

Documents