Qütbləşmiş işığı ilk kimin kəşf etdiyini ayırd etmək çətindir. Qədim insanlar müəyyən istiqamətlərdə səmaya baxaraq özünəməxsus bir ləkəni görə bilirdilər. Qütbləşmənin bir çox qəribəlikləri var, həyatın müxtəlif sahələrində özünü göstərir və bu gün kütləvi araşdırma və tətbiq mövzusudur, hər şeyin səbəbi Malus qanunudur.
Qütbləşmiş işığın kəşfi
Vikinqlər naviqasiya üçün səmanın qütbləşməsindən istifadə etmiş ola bilər. Bunu etməsələr də, İslandiyanı və gözəl kalsit daşını mütləq tapdılar. İslandiya şpatı (kalsit) hətta öz dövrlərində də tanınırdı, adını İslandiya sakinlərinə borcludur. Mineral unikal optik xüsusiyyətlərinə görə bir dəfə naviqasiyada istifadə edilmişdir. O, qütbləşmənin müasir kəşfində böyük rol oynayıb və işığın qütbləşmə komponentlərini ayırmaq üçün seçim materialı olmaqda davam edir.
1669-cu ildə Kopenhagen Universitetindən olan danimarkalı riyaziyyatçı Erasmus Bartolinus nəinki ikiqat işıq gördü, həm də 60 səhifəlik memuar yazaraq bəzi təcrübələr apardı. buqütbləşmə effektinin ilk elmi təsviri idi və müəllif işığın bu heyrətamiz xüsusiyyətinin kəşfçisi sayıla bilər.
Kristian Huygens 1690-cı ildə məşhur Traite de la Lumiere kitabında nəşr etdirdiyi işığın impuls dalğası nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. Eyni zamanda İsaak Nyuton “Optiklər” (1704) kitabında işığın korpuskulyar nəzəriyyəsini irəli sürmüşdür. Nəhayət, hər ikisi doğru və yanlış idi, çünki işığın ikili təbiəti var (dalğa və hissəcik). Bununla belə Huygens prosesin müasir anlayışına daha yaxın idi.
1801-ci ildə Tomas Yanq məşhur ikiqat yarıq müdaxilə təcrübəsini etdi. İşığın dalğalar kimi davrandığını və dalğaların superpozisiyasının qaranlığa (dağıdıcı müdaxilə) səbəb ola biləcəyini sübut etdi. Nyutonun üzükləri və fövqəltəbii göy qurşağı qövsləri kimi şeyləri izah etmək üçün nəzəriyyəsindən istifadə etdi. Bir neçə il sonra Yunq qütbləşmənin işığın eninə dalğa təbiətindən qaynaqlandığını göstərdikdə elmdə irəliləyiş baş verdi.
Gənc Etyen Lui Malus təlatümlü bir dövrdə - Fransa İnqilabı və terrorun hökmranlığı dövründə yaşayırdı. O, Napoleon ordusu ilə birlikdə Misirin, eləcə də Fələstinin və Suriyanın işğalında iştirak edib və burada bir neçə il sonra onu öldürən vəba xəstəliyinə tutulub. Lakin o, qütbləşmənin başa düşülməsinə mühüm töhfə verə bildi. Polarizator vasitəsilə ötürülən işığın intensivliyini proqnozlaşdıran Malus qanunu 21-ci əsrdə maye kristal ekranların yaradılması zamanı ən populyar qanunlardan birinə çevrildi.
Ser David Brewster, tanınmış elm yazıçısı, dikroizm və spektrlər kimi optik fizika mövzularını öyrənmişdir.udma, eləcə də stereo fotoqrafiya kimi daha məşhur mövzular. Brewsterin məşhur ifadəsi məlumdur: "Şüşədən başqa hər şey şəffafdır".
O, işığın öyrənilməsinə də əvəzsiz töhfə verdi:
- "Qütbləşmə bucağını" təsvir edən qanun.
- Kaleydoskopun ixtirası.
Brewster Malusun bir çox qiymətli daşlar və digər materiallar üzərində təcrübələrini təkrarladı, şüşədə anomaliya aşkar etdi və qanunu - "Brewster bucağı"nı kəşf etdi. Onun fikrincə, “…şüa qütbləşdikdə əks olunan şüa sınmış şüa ilə düz bucaq əmələ gətirir.”
Malus Qütbləşmə Qanunu
Qütbləşmə haqqında danışmazdan əvvəl, ilk növbədə işıq haqqında xatırlamalıyıq. İşıq dalğadır, baxmayaraq ki, bəzən hissəcikdir. Ancaq hər halda, işığın lampadan gözlərə qədər hərəkət etdiyi bir dalğa, bir xətt kimi düşünsək, qütbləşmənin mənası var. Əksər işıq bütün istiqamətlərdə titrəyən işıq dalğalarının qarışıq qarışıqlığıdır. Bu rəqs istiqaməti işığın qütbləşməsi adlanır. Polarizator bu qarışıqlığı təmizləyən cihazdır. O, işığı qarışdıran hər şeyi qəbul edir və yalnız müəyyən bir istiqamətdə salınan işığı keçir.
Malus qanununun tərtibi belədir: analizatora tamamilə düz qütbləşmiş işıq düşdükdə analizatorun ötürdüyü işığın intensivliyi analizatorun ötürmə oxları ilə bucağın kosinusunun kvadratına düz mütənasibdir. polarizator.
Köndələn elektromaqnit dalğası həm elektrik, həm də maqnit sahəsini ehtiva edir və işıq dalğasındakı elektrik sahəsi işıq dalğasının yayılma istiqamətinə perpendikulyardır. İşıq vibrasiyasının istiqaməti E elektrik vektorudur.
Adi qütbləşməmiş şüa üçün işıq polaroiddən keçərkən elektrik vektoru öz istiqamətini təsadüfi dəyişməyə davam edir, nəticədə çıxan işıq elektrik vektoru müəyyən istiqamətdə titrəyərək qütbləşmiş müstəvi olur. Yaranan şüa vektorunun istiqaməti polaroidin oriyentasiyasından asılıdır və qütbləşmə müstəvisi E-vektoru və işıq şüasını ehtiva edən müstəvi kimi tərtib edilmişdir.
Aşağıdakı şəkildə şaquli vektor EI və üfüqi vektor EII səbəbindən düz qütbləşmiş işığı göstərir.
Qütbləşməmiş işıq Polaroid P 1-dən, sonra isə Polaroid P 2-dən keçərək y ax-s ilə θ bucağı əmələ gətirir. X istiqaməti boyunca yayılan işıq Polaroid P 1-dən keçdikdən sonra qütbləşmiş işıqla əlaqəli elektrik vektoru yalnız y oxu boyunca titrəyəcək.
İndi bu qütbləşmiş şüanın yenidən y oxu ilə θ bucağı yaradaraq qütbləşmiş P 2-dən keçməsinə icazə versək, onda E 0 P 2-də düşən elektrik sahəsinin amplitududursa, onda amplituda P 2-dən çıxan dalğa E 0 cosθ-a bərabər olacaq və buna görə də çıxan şüanın intensivliyi Malus Qanununa (düsturuna) uyğun olacaq I=I 0 cos 2 θ
burada I 0 θ=0 olduqda P 2-dən çıxan şüanın intensivliyidirθ analizator və polarizatorun ötürmə müstəviləri arasındakı bucaqdır.
İşıq intensivliyinin hesablanması nümunəsi
Malus qanunu: I 1=I o cos 2 (q);
burada q işığın qütbləşmə istiqaməti ilə polarizator ötürmə oxu arasındakı bucaqdır.
İntensivliyi I o=16 Vt/m 2 olan qütbləşməmiş işıq bir cüt polarizatorun üzərinə düşür. Birinci polarizator şaqulidən 50° məsafədə düzülmüş ötürmə oxuna malikdir. İkinci polarizatorun ötürmə oxu şaqulidən 20o məsafədə düzülüb.
Malus qanununun sınağı işığın ilk polarizatordan çıxdıqda nə qədər intensiv olduğunu hesablamaqla edilə bilər:
4 Vt/m 2
16 cos 2 50o
8 Vt/m 2
12 Vt/m 2
İşıq qütbləşmir, ona görə də I 1=1/2 I o=8 Vt/m 2.
İkinci polarizatordan gələn işığın intensivliyi:
I 2=4 Vt/m 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 Vt/m 2
Malus qanununun ardınca gəlir ki, onun tərtibi işığın birinci polarizatordan ayrıldığı zaman 50o-də xətti qütbləşdiyini təsdiqləyir. Bununla ikinci polarizatorun ötürmə oxu arasındakı bucaq 30°-dir. Buna görə də:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 Vt/m 2.
İndi intensivliyi 16 Vt/m 2 olan işıq şüasının xətti polarizasiyası eyni polarizator cütünə düşür. Gələn işığın polarizasiya istiqaməti şaqulidən 20o-dur.
Birinci və ikinci polarizatordan çıxan işığın intensivliyi. Hər bir polarizatordan keçərək intensivlik 3/4 dəfə azalır. İlk polarizatordan ayrıldıqdan sonraintensivlik 163/4 =12 Vt/m2 təşkil edir və ikincini keçdikdən sonra 123/4 =9 Vt/m2-ə qədər azalır.
Malusiya qanunu qütbləşməsi deyir ki, işığı bir qütbləşmə istiqamətindən digərinə çevirmək üçün daha çox polarizatordan istifadə etməklə intensivlik itkisi azalır.
Qütbləşmə istiqamətini 90o ilə çevirməlisiniz.
| N, polarizatorların sayı | Ardıcıl polarizatorlar arasındakı bucaq | I 1 / I o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [çünki 2 (90 o / N)] N |
Brewster Refeksiya Bucağının Hesablanması
İşıq bir səthə dəydikdə işığın bir hissəsi əks olunur, bir hissəsi isə nüfuz edir (sındırılır). Bu əksin və sınmanın nisbi miqdarı işıqdan keçən maddələrdən, həmçinin işığın səthə dəydiyi bucaqdan asılıdır. Maddələrdən asılı olaraq işığın mümkün qədər sınmasına (nüfuz etməyə) imkan verən optimal bucaq var. Bu optimal bucaq şotlandiyalı fizik David Brewsterin bucağı kimi tanınır.
Bucağı hesablayınAdi qütbləşmiş ağ işıq üçün Brewster düsturla istehsal olunur:
teta=arktan (n1 / n2), burada teta Brewster bucağıdır, n1 və n2 isə iki medianın sındırma göstəriciləridir.
İşığın şüşədən maksimum keçməsi üçün ən yaxşı bucağı hesablamaq üçün - sındırma göstəricisi cədvəlindən biz hava üçün sındırma göstəricisinin 1.00 və şüşə üçün sındırma göstəricisinin 1.50 olduğunu tapırıq.
Brewster bucağı arktan (1.50 / 1.00)=arktan (1.50)=56 dərəcə (təxminən).
Maksimum suyun nüfuz etməsi üçün ən yaxşı işıq bucağının hesablanması. Kırılma göstəriciləri cədvəlindən belə çıxır ki, havanın sınma göstəricisi 1,00, su üçün isə 1,33-dür.
Brewster bucağı arktan (1,33 / 1,00)=arktan (1,33)=53 dərəcə (təxminən).
Qütblü işıqdan istifadə
Sadə bir layman dünyada polarizatorların necə intensiv istifadə edildiyini təsəvvür belə edə bilməz. Malus qanununun işığının qütbləşməsi bizi hər yerdə əhatə edir. Məsələn, Polaroid günəş gözlüyü kimi məşhur şeylər, həmçinin kamera linzaları üçün xüsusi polarizasiya filtrlərinin istifadəsi. Müxtəlif elmi alətlər lazerlər və ya qütbləşən közərmə lampaları və flüoresan mənbələrdən yayılan qütblü işıqdan istifadə edir.
Polarizatorlar bəzən parıltını az altmaq və daha bərabər işıqlandırma təmin etmək üçün otaq və səhnə işıqlandırmasında və 3D filmlərə görünən dərinlik hissi vermək üçün eynək kimi istifadə olunur. Hətta polarizatorları da keçdiyuxu zamanı astronavtın gözlərinə daxil olan işığın miqdarını kəskin şəkildə az altmaq üçün kosmik kostyumlarda istifadə olunur.
Təbiətdəki optikanın sirləri
Niyə mavi səma, qırmızı gün batımı və ağ buludlar? Bu suallar uşaqlıqdan hər kəsə məlumdur. Malus və Brewster qanunları bu təbii təsirlərin izahını verir. Səmamız günəş sayəsində həqiqətən rəngarəngdir. Onun parlaq ağ işığında göy qurşağının bütün rəngləri var: qırmızı, narıncı, sarı, yaşıl, mavi, indiqo və bənövşəyi. Müəyyən şəraitdə insan ya göy qurşağı, ya qürub, ya da boz axşamla qarşılaşır. Günəş işığının "səpələnməsi" səbəbindən səma mavidir. Mavi rəng digər rənglərdən daha qısa dalğa uzunluğuna və daha çox enerjiyə malikdir.
Nəticədə mavi hava molekulları tərəfindən seçici şəkildə udulur və sonra yenidən bütün istiqamətlərə buraxılır. Digər rənglər daha az səpələnmişdir və buna görə də adətən görünmür. Günorta günəşi mavi rəngini udduqdan sonra sarı olur. Günəş çıxanda və ya gün batarkən günəş işığı aşağı bir açı ilə daxil olur və atmosferin böyük bir qalınlığından keçməlidir. Nəticədə, mavi rəng hərtərəfli səpələnir, belə ki, onun böyük hissəsi hava tərəfindən tamamilə udulur, itirilir və digər rənglər, xüsusilə portağal və qırmızılar səpilir və möhtəşəm bir rəng üfüqü yaradır.
Günəş işığının rəngləri həm də yer üzündə sevdiyimiz bütün rənglərdən məsuldur, istər ot yaşılı, istərsə də firuzəyi okean. Hər bir obyektin səthi əks etdirəcəyi xüsusi rəngləri seçirözünü fərqləndir. Buludlar tez-tez parlaq ağ olurlar, çünki onlar istənilən rəngin əla reflektorları və ya diffuzorlarıdır. Bütün geri qaytarılan rənglər neytral ağa əlavə olunur. Bəzi materiallar süd, təbaşir və şəkər kimi bütün rəngləri bərabər şəkildə əks etdirir.
Astronomiyada qütbləşmə həssaslığının əhəmiyyəti
Uzun müddət Malus qanununun öyrənilməsi, astronomiyada qütbləşmənin təsiri nəzərə alınmadı. Ulduz işığı demək olar ki, tamamilə polarizasiya olunmur və standart olaraq istifadə edilə bilər. Astronomiyada qütbləşmiş işığın olması bizə işığın necə yarandığını söyləyə bilər. Bəzi fövqəlnovalarda yayılan işıq qütbsüz deyil. Ulduzun baxılan hissəsindən asılı olaraq fərqli qütbləşmə görünə bilər.
Bulusun müxtəlif bölgələrindən gələn işığın qütbləşməsi ilə bağlı bu məlumat tədqiqatçılara kölgəli ulduzun yeri ilə bağlı ipucu verə bilər.
Digər hallarda, qütbləşmiş işığın olması görünməz qalaktikanın bütün hissəsi haqqında məlumatı aşkar edə bilər. Astronomiyada qütbləşməyə həssas ölçmələrin başqa bir istifadəsi maqnit sahələrinin mövcudluğunu aşkar etməkdir. Alimlər günəşin tacından çıxan işığın çox spesifik rənglərinin dairəvi qütbləşməsini tədqiq edərək, bu yerlərdə maqnit sahəsinin gücü haqqında məlumat aşkar ediblər.
Optik mikroskop
Qütbləşmiş işıq mikroskopu gözdən görünən nümunələri müşahidə etmək və fotoşəkil çəkmək üçün nəzərdə tutulub.onların optik anizotrop təbiəti. Anizotrop materiallar, onlardan keçən işığın yayılma istiqaməti ilə dəyişən optik xüsusiyyətlərə malikdir. Bu tapşırığı yerinə yetirmək üçün mikroskop həm nümunənin qarşısındakı işıq yolunda yerləşdirilmiş polarizatorla, həm də obyektiv arxa diafraqma ilə baxış boruları və ya kamera portu arasındakı optik yola yerləşdirilən analizator (ikinci polarizator) ilə təchiz olunmalıdır..
Polarizasiyanın biotibbdə tətbiqi
Bu gün bu məşhur tendensiya ona əsaslanır ki, bədənimizdə optik cəhətdən aktiv olan, yəni özlərindən keçən işığın qütbləşməsini döndərə bilən çoxlu birləşmələr var. Müxtəlif optik aktiv birləşmələr işığın qütbləşməsini müxtəlif miqdarda və müxtəlif istiqamətlərdə döndərə bilər.
Bəzi optik cəhətdən aktiv kimyəvi maddələr göz xəstəliyinin erkən mərhələlərində daha yüksək konsentrasiyalarda mövcuddur. Həkimlər potensial olaraq bu biliklərdən gələcəkdə göz xəstəliklərinin diaqnozu üçün istifadə edə bilərlər. Təsəvvür etmək olar ki, həkim xəstənin gözünə qütbləşmiş işıq mənbəyi vurur və tor qişadan əks olunan işığın polarizasiyasını ölçür. Göz xəstəliklərini yoxlamaq üçün qeyri-invaziv üsul kimi istifadə olunur.
Müasirliyin hədiyyəsi - LCD ekran
LCD ekrana diqqətlə baxsanız, görüntünün torda düzülmüş rəngli kvadratlardan ibarət böyük massiv olduğunu görəcəksiniz. Onlarda Malus qanununun tətbiqini tapdılar,hər kvadratın və ya pikselin öz rənginə malik olduğu şəraiti yaradan prosesin fizikası. Bu rəng hər intensivlikdə qırmızı, yaşıl və mavi işığın birləşməsidir. Bu əsas rənglər insan gözünün görə biləcəyi istənilən rəngi təkrarlaya bilər, çünki gözlərimiz trixromatikdir.
Başqa sözlə, onlar üç rəng kanalının hər birinin intensivliyini təhlil edərək işığın xüsusi dalğa uzunluqlarını təxmin edirlər.
Ekranlar bu çatışmazlıqdan yalnız hər bir reseptor növünü seçici şəkildə hədəf alan üç dalğa uzunluğunu göstərməklə istifadə edir. Maye kristal fazası molekulların laylara yönəldildiyi və hər bir sonrakı təbəqənin bir az büküldüyü və spiral naxış əmələ gətirdiyi təməl vəziyyətdə mövcuddur.
7 seqmentli LCD displey:
- Müsbət elektrod.
- Mənfi elektrod.
- Polarizator 2.
- Ekran.
- Polarizator 1.
- Maye kristal.
Burada LCD elektrodlarla təchiz olunmuş iki şüşə lövhə arasındadır. Maye kristallar adlanan "bükülmüş molekullara" malik şəffaf kimyəvi birləşmələrin LCD-ləri. Bəzi kimyəvi maddələrdə optik aktivlik fenomeni onların qütbləşmiş işığın müstəvisini döndərmə qabiliyyəti ilə bağlıdır.
Stereopsis 3D filmlər
Qütbləşmə insan beyninə iki şəkil arasındakı fərqləri təhlil edərək 3D-ni saxtalaşdırmağa imkan verir. İnsanlar 3D-də görə bilmir, gözlərimiz yalnız 2D-də görə bilir. Şəkillər. Bununla belə, beynimiz hər bir gözün gördüyü fərqləri təhlil edərək cisimlərin nə qədər uzaq olduğunu başa düşə bilir. Bu proses Stereopsis kimi tanınır.
Beynimiz yalnız psevdo-3D-ni görə bildiyi üçün kinorejissorlar holoqramlara müraciət etmədən bu prosesdən üç ölçülü illüziya yaratmaq üçün istifadə edə bilərlər. Bütün 3D filmlər hər göz üçün bir olmaqla iki fotoşəkil təqdim etməklə işləyir. 1950-ci illərə qədər qütbləşmə təsvirin ayrılması üçün üstünlük təşkil edən üsula çevrildi. Teatrlarda hər obyektiv üzərində xətti polarizator olan iki proyektor eyni vaxtda işləməyə başladı.
3D filmlərin hazırkı nəsli üçün texnologiya oriyentasiya problemini həll edən dairəvi qütbləşməyə keçib. Bu texnologiya hazırda RealD tərəfindən istehsal olunur və 3D bazarının 90%-ni təşkil edir. RealD çox tez saat əqrəbi istiqamətində və əksinə polarizasiya arasında keçid edən dairəvi filtr buraxdı, ona görə də iki əvəzinə yalnız bir proyektor istifadə olunur.
