Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Polaryzacja światła Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptycznaPolaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna Jak spolaryzować światłoJak spolaryzować światło DwójłomnośćDwójłomność

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Polaryzacja światła Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptycznaPolaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna Jak spolaryzować światłoJak spolaryzować światło DwójłomnośćDwójłomność"— Zapis prezentacji:

1 Polaryzacja światła Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptycznaPolaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna Jak spolaryzować światłoJak spolaryzować światło DwójłomnośćDwójłomność Spin fotonu a polaryzacjaSpin fotonu a polaryzacja

2 Polaryzacja fali elektromagnetycznej Fala płaska: jest spolaryzowana liniowo (wektor pola elektrycznego oscyluje w jednej płaszczyźnie). pole elektryczne pole magnetyczne Wektory E i B są wzajemnie prostopadłe Wektory E i B drgają w zgodnej fazie. Wniosek: aby określić stan polaryzacji fali wystarczy znać kierunek drgań wektora elektrycznego Dowolną falę elektromagnetyczną można przedstawić jako superpozycję fal z różnymi fazami (amplituda, częstość, wektor falowy, faza względna)

3 Polaryzacja liniowa obie składowe oscylują w fazie. Polaryzacja liniowa 45° Wynik superpozycji: fala spolaryzowana liniowo (wektor elektryczny oscyluje w tej samej płaszczyźnie) to własność fali poprzecznej. Superpozycja 2 fal płaskich, (te same amplitudy, częstotliwości i kierunki propagacji). Różnica faz:

4 Polaryzacja kołowa Wypadkowe pole E obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara wokół wektora k. Składowa E x i E y mają przesuniętą fazę oscylacji o 90°: Lub bardziej ogólnie:

5 Polaryzacja kołowa prawoskrętna i lewoskrętna Składowa E x i E y mają przesuniętą fazę oscylacji o -90°. Wypadkowe pole E obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara wokół wektora k. Wypadkowe pole E obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara wokół wektora k.

6 Superpozycja 2 fal płaskich, (te same częstotliwości i kierunki propagacji): polaryzacja liniowa lub polaryzacja kołowapolaryzacja eliptyczna Rodzaje polaryzacji fali elektromagnetycznej

7 Superpozycja 2 fal płaskich, (te same częstotliwości i kierunki): polaryzacja liniowa lub polaryzacja kołowapolaryzacja eliptyczna Polaryzacja fali elektromagnetycznej

8 Opis matematyczny stanu polaryzacji: Wektory Jonesa liniowej:kołowej: prawo- i lewoskrętnej Znormalizowane wektory Jonesa dla spolaryzowanej fali:

9 Opis matematyczny stanu polaryzacji: Wektory Jonesa Znormalizowane wektory Jonesa: elementu polaryzującego

10 Wektory Jonesa i macierze Jonesa przykładowych elementów:

11 x ( t ) i y ( t ) są fazami, których zmiany zachodzą w skali czasu wolniejszej niż 1/, ale szybciej, niż możemy je zmierzyć.. Elementarne źródła wysyłają światło w postaci krótkich impulsów - ciągów falowych - trwających około s. W każdym takim ciągu pole elektryczne ma ustalony kierunek. Pola elektryczne w różnych ciągach skierowane są zazwyczaj w różne strony. Światło złożone z wielkiej ilości takich ciągów jest niespolaryzowane. Światło niespolaryzowane Światło niespolaryzowane: gdy fazy składowych E x i E y fluktują.

12 Wektor Jonesa dla światła niespolaryzowanego: Z fluktującą fazą względną x ( t ) - y ( t ). W praktyce, amplitudy podlegają również fluktuacjom.

13 Sposoby polaryzowania światła 1.Polaryzacja przez odbicie (kąt Brewstera) B B 2. Polaryzacja przez załamanie (kąt Brewstera) I = I || I 0, I || =0 I || > I I || >> I P = 67 % 10 płytek 80 % 20 płytek 90 % 45 płytek... Światło spolaryzowane liniowo można uzyskać, pozbywając się niepożądanych składowych pola elektrycznego. Metody dotychczas nam znane: polaryzacja s polaryzacja p niespolaryzowane

14 Odbicie jednokrotne Światło zanim trafi do obiektywu aparatu (do oka) podlega: Odbicie dwukrotne Odbicie dwukrotne, światło padło na stojącą szybę pod kątem Brewstera (około 57 o ).

15 wykorzystujące optyczną anizotropię ciał: Sposoby polaryzowania światła dichroizmdichroizm (właściwość materiałów polegająca na różnym pochłanianiu światła, w zależności od jego polaryzacji: polaroid) Dwójłomność (zdolność ośrodków optycznych do podwójnego załamywania światła)Dwójłomność (zdolność ośrodków optycznych do podwójnego załamywania światła) o efekt Zeemana)oddziaływanie z zewnętrznymi polami (np. efekt Zeemana)

16 Dichroizm Dichroizm – selektywna absorpcja dla światła ( 0,5 m) – siatka z długich łańcuchów molekuł – polimerów: np. folia polaryzacyjna f-my Polaroid, tzw. polaroid Dwa filtry polaryzacyjne, umieszczone jeden za drugim, ilustrujące zjawisko polaryzacji. Przy polaryzatorach skrzyżowanych, fotony przez filtry nie przechodzą drgania w jednym z kierunków są tłumione: dla mikrofal dla mikrofal ( 3 cm) – siatka z drutów metalowych Składowe poziome pola elektrycznego są absorbowane, składowe pionowe są transmitowane. 3.Polaryzacja światła w wyniku absorpcji

17 Dichroizm Dichroizm – selektywna absorpcja np. folia polaryzacyjna firmy Polaroid, tzw. polaroid drgania w jednym z kierunków są tłumione: dla mikrofal dla mikrofal ( 3 cm) – siatka z drutów metalowych Składowe poziome pola elektrycznego są absorbowane, składowe pionowe są transmitowane. dla światła dla światła ( 0,5 m) – siatka z długich łańcuchów molekuł – polimerów: 3.Polaryzacja światła w wyniku absorpcji

18 Dichroizm Dichroizm – selektywna absorpcja Dwa filtry polaryzacyjne, umieszczone jeden za drugim, ilustrujące zjawisko polaryzacji. Przy polaryzatorach skrzyżowanych, światło przez filtry nie przechodzi Folia polaryzacyjna: folia z tworzywa sztuczego rozciagana podczas produkcji w jednym kierunku, następnie naklejona na szkło. Rozciąganie układa równolegle cząsteczki tworzywa sztuczego. Tak ułożone cząsteczki pochłaniają światło w kierunku cząsteczek, a przepuszcza w kierunku prostopadłym. np. folia polaryzacyjna firmy Polaroid, tzw. polaroid dla światła dla światła ( 0,5 m:

19 Światło odbite od (płaskiej) powierzchni jest częściowo spolaryzowane. Użycie polaryzatora powoduje usunięcie światła o niepożądanej polaryzacji Przykład działania polaryzatora:

20 Rozpraszanie światła przez niejednorodności ośrodka przezroczystego (np., polaryzacja błękitu nieba): polaryzacja częściowa Największy stopień polaryzacji nieba obserwujemy, patrząc prostopadle do promieni słonecznych. Można w ten sposób określić położenie Słońca, nawet gdy jest ono schowane poza linią horyzontu. Postępowali w ten sposób żeglarze Wikingów, oglądając niebo przez polaryzujący światło kryształ kordierytu. Dzięki temu, że oko owadzie jest wrażliwe na polaryzację, pszczoły również wykorzystują ten efekt, by orientować się w kierunkach lotu. Rozkład kątowy natężenia światła (λ=488nm) rozproszonego przez cząstkę (R=30nm) zgodnie z teorią Mie (bez przybliżeń) dla polaryzacji: równoległej (linia czerwona) i prostopadłej (linia niebieska) do płaszczyzny rozpraszania oraz dla światła niespolaryzowanego (linia czarna). cząstka mała :

21 Skutek użycia filtru polaryzacyjnego w fotografii nieba (prawe zdjęcie). Przykład działania polaryzatora: (polaroid)

22 Występuje w materiałach, w których składowe pola w różnych kierunkach (x, y i z) mogą napotkać różne współczynniki załamania: anizotropia własności optycznych. Składowe napotykające różne współczynniki załamania, rozchodzą się z różnymi prędkościami fazowymi. DwójłomnośćDwójłomność

23 osie optyczne gdy n x n y n z, 2 przekroje kołowe i 2 osie optyczne (proste do tych przekrojów) ośrodki dwuosiowe przekroje kołowe elipsoidy elipsoida współ czynnika załamania x y z nxnx nyny nznz różne prędkości fazowe dla różnych orientacji E x y z n x = n y n y = n x nznz gdy n x = n y n z, 1 przekrój kołowy i 1 oś optyczna ośrodki jednoosiowe DwójłomnośćDwójłomność Anizotropia: wiązki rozchodzą się wzdłuż osi optycznej z f niezależną od polaryzacji

24 Kryształ dwójłomny może rozdzielić wiązkę światła na dwie oddzielne wiązki (o różnych kierunkach polaryzacji): Zgodnie z prawem Snella, światło obu wiązek zostanie w różnym stopniu załamane na granicy kryształu. nono nene o-promień zwyczajny e-promień nadzwyczajny Dwójłomność:Dwójłomność: O

25 Dwójłomność:Dwójłomność: Ośrodki jednoosiowe promień zwyczajny leży w płaszczyźnie padania światła. Polaryzacja tego promienia jest prostopadła do płaszczyzny głównej (płaszczyzny przechodzącej przez dany promień światła i przecinającą go oś optyczną). promień nadzwyczajny leży w płaszczyźnie padania światła. Polaryzacja tego promienia jest prostopadła do płaszczyzny głównej (płaszczyzny przechodzącej przez dany promień światła i przecinającą go oś optyczną). Charakteryzuje się anizotropią prędkości rozchodzenia się w krysztale (prędkość ta zależy od kierunku). Nie spełnia on prawa Snelliusa (np. może zmieniać kierunek nawet wówczas gdy światło pada prostopadle do powierzchni kryształu). Kryształ dwójłomny W kierunku osi optycznej oba promienie poruszają się z jednakową prędkością.

26 Kryształ dwójłomny może rozdzielić wiązkę światła na dwie oddzielne wiązki o różnych kierunkach polaryzacji: nono nene o-ray e-ray Dwójłomność:Dwójłomność:

27 gdy, E e = E o, ale E e i E o propagują z różnymi prędkościami fazowymi gdy ćwierćfalówka – polaryzacja kołowa gdy półfalówka – polaryzacja liniowa, ortogonalna do początkowej mamy tylko E e mamy tylko E o O E d Różnica faz nabyta w trakcie propagacji: Dwójłomność: Dwójłomność: Płytka fazowa E || pł. główna E Oś optyczna

28 Światło spolaryzowane liniowo wchodzące do płytki może być rozłożone na dwie fale: równoległą (zielona) i prostopadła (niebieska) względem osi optycznej płytki. W płytce fala o polaryzacji równoległej rozchodzi się trochę wolniej niż prostopadła. Na końcu płytki fala równoległa jest opóźniona dokładnie o pół długości fali względem fali o polaryzacji prostopadłej i ich złożenie jest spolaryzowane dokładnie ortogonalnie względem fali padającej. Dwójłomność: Dwójłomność: Płytka fazowa (opóżniajaca) Półfalówka:

29 struktura krystaliczna (kalcyt = szpat islandzki, kwarc,...) str. molekularna (cukier, ciekłe kryształy, polimery,...) mechanicznie (elastometria) pola zewnętrzne: - elektryczne (DC, AC, laser) efekt Pockelsa efekt Kerra (LCD) optyka nieliniowa - magnetyczne efekt Faradaya efekt Voigta (Cottona – Moutona) naturalna wymuszona Dwójłomność:Dwójłomność:

30 Przykłady substancji dwójłomnych Dane dla światła o długości fali około 590 nm (okolice światła żółtego),

31 W polaryzatorach wykorzystuje się dwójłomność, kąt Brewstera, całkowite wewnętrzne odbicie Polaryzator Nicola: 2 pryzmaty kalcytu (z równoległymi osiami optycznymi), sklejone balsamem kanadyjskim (n = 1.55). Polaryzator Wollastona (beam splittery) 2 obrócone pryzmaty dwójłomne

32 Polaryzatory Polaryzatory z przerwą powietrzną

33 Jak określić jakość polaryzatora: Idealny polaryzator przepuści 100% porządanej polaryzacji i 0% niechcianej polaryzacji. Taki polaryzator nie istnieje. Typ polaryzatora Wsp.ekst.ynkcji Cena Kalcyt: 10 6 $ Dielektryczny: 10 3 $ Folia polaryzacyjna 10 3 $ ° Polarizer 90° Polarizer Chcielibyśmy, by współczynnik ekstynkcji polaryzatora był nieskończony.

34 Efekt Kerra poprzeczne pole elektryczne L P E A K = stała Kerra Dwójłomność: Dwójłomność: wymuszona przez pola zewnętrzne: Efekt Pockelsa podłużne pole elektryczne Skręcenie płaszczyzny polaryzacji: Efekt Faradaya podłużne pole magnet. P B A V = stała Verdeta

35 Foton niesie moment pędu (spin), który nie zależy od częstości. Długość momentu pędu wynosi, tak więc jego składowe mierzone wzdłuż kierunku ruchu (jego skrętności) wynoszą odpowiednio. polaryzacji kołowej lewo- i prawo-skrętnejPolaryzacja liniowa to superpozycja tych polaryzacji. Wartości te odpowiadają dwóm możliwym stanom polaryzacji kołowej lewo- i prawo-skrętnej. Polaryzacja liniowa to superpozycja tych polaryzacji. Foton posiada więc spin całkowity (jest bozonem), podlega więc statystyce Bosego–Einsteina. Dowolna liczba bozonów może dzielić ten sam stan kwantowy. Spin fotonu a polaryzacja

36 Polaryzacja fotonu jest formalnie bardzo podobna do spinu cząstek obdarzonych masą: Spin fotonu a polaryzacja Tak więc foton, który się do nas zbliża, wygląda mniej więcej tak: fala Schrödingera fotonu fala elektromagnetyczna spełniająca równania Maxwella (E i B mogą też się obracać). Foton jest spolaryzowany w kierunku pola E. E B

37 Polaryzacja fotonu jest formalnie bardzo podobna do spinu cząstek obdarzonych masą: Spin fotonu a polaryzacja Tak więc foton, który się do nas zbliża, możnaby sobie wyobrazić mniej więcej tak: fala Schrödingera fotonu fala elektromagnetyczna spełniająca równania Maxwella (E i B mogą też się obracać). Foton jest spolaryzowany w kierunku pola E. E B Wektory E i B są wzajemnie prostopadłe (tworzą układ prawoskrętny). Wektory E i B drgają w zgodnej fazie.

38 dla światła ( 0,5 m) – siatka z długich łańcuchów molekuł – polimerów: np. folia polaryzacyjna f-my Polaroid, tzw. polaroid Dwa filtry polaryzacyjne, umieszczone jeden za drugim, ilustrujące zjawisko polaryzacji. Przy polaryzatorach skrzyżowanych, fotony przez filtry nie przechodzą

39 Plaroid: pozwala fotonowi przejść wtedy, gdy jego pole elektryczne oscyluje wzdłuż jednego, szczególnego kierunku. Można by się spodziewać, że tylko niewielka część fotonów wiązki niespolaryzowanej przejdzie przez polaroid. Okazuje się jednak, że polaroid zmniejsza natężenie niespolaryzowanej wiązki mniej więcej o oo o połowę. Tak jak w doświadczeniu Sterna-Gerlacha dla cząstek obdarzonych masą, folia polaroidu działa jak miernik dla każdego z fotonów dając jedną z dwóch odpowiedzi, tak, jakby padające fotony spolaryzowane były w jednym z dwóch kierunków: dokładnie w kierunku osi polaryzatora, lub dokładnie w kierunku do niej prostopadłym. (analogia do dwuargumentowego wyniku / dla cząstek o spinie ½ (na przykład elektrony)) Spin fotonu a polaryzacja

40 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Polaryzacja światła Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptycznaPolaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna Jak spolaryzować światłoJak spolaryzować światło DwójłomnośćDwójłomność"

Podobne prezentacje


Reklamy Google