Phân cực ánh sáng là gì và ứng dụng thực tế của nó

Ánh sáng phân cực khác với ánh sáng tiêu chuẩn về sự phân bố của nó. Nó đã được phát hiện từ rất lâu trước đây và được sử dụng cho cả các thí nghiệm vật lý và trong cuộc sống hàng ngày để thực hiện một số phép đo. Tìm hiểu hiện tượng phân cực không khó, điều này sẽ cho phép bạn hiểu nguyên lý hoạt động của một số thiết bị và tìm ra lý do tại sao trong những điều kiện nhất định, ánh sáng không truyền như bình thường.

So sánh các bức ảnh không có bộ lọc phân cực và với nó, trong trường hợp thứ hai hầu như không có ánh sáng chói.

Phân cực ánh sáng là gì

Sự phân cực của ánh sáng chứng tỏ ánh sáng là sóng ngang. Đó là, chúng ta đang nói về sự phân cực của sóng điện từ nói chung, và ánh sáng là một trong những dạng, đặc tính của chúng tuân theo các quy luật chung.

Sự phân cực là một tính chất của sóng ngang, vectơ dao động của sóng này luôn vuông góc với hướng truyền của ánh sáng hoặc một thứ khác.Có nghĩa là, nếu bạn chọn từ các tia sáng có cùng độ phân cực của véc tơ, thì đây sẽ là hiện tượng phân cực.

Thông thường, chúng ta nhìn thấy ánh sáng không phân cực xung quanh chúng ta, vì vectơ cường độ của nó di chuyển theo tất cả các hướng có thể. Để làm cho nó phân cực, nó được đưa qua một môi trường dị hướng, môi trường này cắt đứt tất cả các dao động và chỉ để lại một dao động.

So sánh ánh sáng thường và ánh sáng phân cực.

Ai đã phát hiện ra hiện tượng này và nó chứng minh điều gì

Khái niệm đang được xem xét được sử dụng lần đầu tiên trong lịch sử bởi một nhà khoa học nổi tiếng người Anh I. Newton năm 1706. Nhưng một nhà nghiên cứu khác đã giải thích bản chất của nó - James Maxwell. Khi đó bản chất của sóng ánh sáng vẫn chưa được biết đến, nhưng với sự tích lũy các dữ kiện khác nhau và kết quả của các thí nghiệm khác nhau, ngày càng nhiều bằng chứng về tính ngang của sóng điện từ xuất hiện.

Người đầu tiên tiến hành các thí nghiệm trong lĩnh vực này là một nhà nghiên cứu người Hà Lan Huygens, điều này xảy ra vào năm 1690. Ông đã truyền ánh sáng qua một tấm spar Iceland, kết quả là ông phát hiện ra tính dị hướng ngang của chùm tia.

Bằng chứng đầu tiên về sự phân cực của ánh sáng trong vật lý được một nhà nghiên cứu người Pháp thu được E. Malus. Ông đã sử dụng hai đĩa tourmaline và cuối cùng đã đưa ra một định luật mang tên ông. Nhờ nhiều thí nghiệm, tính lan truyền của sóng ánh sáng đã được chứng minh, giúp giải thích bản chất và đặc điểm lan truyền của chúng.

Sự phân cực của ánh sáng đến từ đâu và làm cách nào để tự mình có được nó

Hầu hết ánh sáng chúng ta nhìn thấy không phân cực. Mặt trời, ánh sáng nhân tạo - Quang thông với véc tơ dao động theo các hướng khác nhau, lan truyền theo mọi hướng mà không có bất kỳ hạn chế nào.

Ánh sáng phân cực xuất hiện sau khi nó đi qua một môi trường dị hướng, có thể có các đặc tính khác nhau. Môi trường này loại bỏ hầu hết các biến động, để lại thứ duy nhất mang lại hiệu quả mong muốn.

Thông thường, các tinh thể hoạt động như một chất phân cực. Nếu trước đây chủ yếu sử dụng vật liệu tự nhiên (ví dụ, tourmaline) thì hiện nay có rất nhiều lựa chọn cho nguồn gốc nhân tạo.

Ngoài ra, ánh sáng phân cực có thể thu được bằng cách phản xạ từ bất kỳ chất điện môi nào. Điểm mấu chốt là khi quang thông nó bị khúc xạ tại điểm nối của hai phương tiện truyền thông. Bạn có thể dễ dàng nhận thấy điều này bằng cách đặt một chiếc bút chì hoặc một cái ống vào một cốc nước.

Nguyên tắc này được sử dụng trong kính hiển vi phân cực.

Trong quá trình xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng, một phần của tia bị phân cực. Mức độ biểu hiện của hiệu ứng này tùy thuộc vào cơ địa nguồn sáng và góc tới của nó so với điểm khúc xạ.

Đối với các phương pháp thu được ánh sáng phân cực, một trong ba lựa chọn được sử dụng bất kể các điều kiện:

1. Prism Nicolas. Nó được đặt theo tên của nhà thám hiểm người Scotland Nicolas William, người đã phát minh ra nó vào năm 1828. Ông đã tiến hành các thí nghiệm trong một thời gian dài và sau 11 năm đã có thể có được một thiết bị hoàn thiện, vẫn được sử dụng không thay đổi.
2. Phản xạ từ chất điện môi. Ở đây, điều rất quan trọng là chọn góc tới tối ưu và tính đến độ khúc xạ (hiệu số truyền ánh sáng của hai môi trường càng lớn thì tia khúc xạ càng nhiều).
3. Sử dụng môi trường dị hướng. Thông thường, các tinh thể có đặc tính phù hợp được lựa chọn cho việc này. Nếu bạn hướng một luồng ánh sáng vào chúng, bạn có thể quan sát thấy sự phân tách song song của nó ở đầu ra.

Sự phân cực của ánh sáng khi phản xạ và khúc xạ tại mặt phân cách của hai chất điện môi

Hiện tượng quang học này được phát hiện bởi một nhà vật lý đến từ Scotland David Brewster năm 1815. Định luật do ông suy ra đã chỉ ra mối quan hệ giữa các chỉ số của hai chất điện môi ở một góc tới của ánh sáng nhất định. Nếu chúng ta chọn các điều kiện, thì các tia phản xạ từ mặt phân cách của hai môi trường sẽ bị phân cực trong một mặt phẳng vuông góc với góc tới.

Hình minh họa định luật Brewster.

Nhà nghiên cứu lưu ý rằng chùm khúc xạ bị phân cực một phần trong mặt phẳng tới. Trong trường hợp này, không phải tất cả ánh sáng đều bị phản xạ, một phần của nó đi vào chùm khúc xạ. Góc Brewster là góc mà tại đó Ánh sáng phản xạ phân cực hoàn toàn. Trong trường hợp này, tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau.

Để hiểu lý do của hiện tượng này, bạn cần biết những điều sau:

1. Trong mọi sóng điện từ, dao động của điện trường luôn vuông góc với phương chuyển động của nó.
2. Quá trình này được chia thành hai giai đoạn. Trong lần đầu tiên, sóng tới làm cho các phân tử của chất điện môi bị kích thích, trong lần thứ hai, sóng khúc xạ và sóng phản xạ xuất hiện.

Nếu một loại nhựa thạch anh hoặc khoáng chất thích hợp khác được sử dụng trong thí nghiệm, cường độ ánh sáng phân cực phẳng sẽ nhỏ (khoảng 4% tổng cường độ). Nhưng nếu bạn sử dụng chồng đĩa, bạn có thể đạt được hiệu suất tăng đáng kể.

Nhân tiện! Định luật Brewster cũng có thể được suy ra bằng cách sử dụng các công thức của Fresnel.

Sự phân cực của ánh sáng bởi một tinh thể

Các chất điện môi thông thường có tính dị hướng và các đặc tính của ánh sáng khi nó chiếu vào chúng phụ thuộc chủ yếu vào góc tới. Tính chất của các tinh thể là khác nhau, khi ánh sáng chiếu vào chúng, bạn có thể quan sát thấy hiệu ứng khúc xạ kép của các tia.Điều này biểu hiện như sau: khi đi qua kết cấu, hai chùm tia khúc xạ được hình thành, đi theo các hướng khác nhau, tốc độ của chúng cũng khác nhau.

Thông thường, các tinh thể đơn trục được sử dụng trong các thí nghiệm. Trong đó, một trong những chùm khúc xạ tuân theo các định luật tiêu chuẩn và được gọi là tia thường. Loại thứ hai được hình thành theo cách khác, nó được gọi là bất thường, vì các đặc điểm khúc xạ của nó không tương ứng với các quy tắc thông thường.

Đây là dạng khúc xạ kép trong biểu đồ.

Nếu bạn xoay tinh thể, thì chùm tia thông thường sẽ không thay đổi, và chùm tia bất thường sẽ chuyển động quanh vòng tròn. Thông thường, canxit hoặc spar Iceland được sử dụng trong các thí nghiệm, vì chúng rất thích hợp cho nghiên cứu.

Nhân tiện! Nếu bạn nhìn môi trường qua tinh thể, thì đường viền của tất cả các vật thể sẽ bị tách ra làm đôi.

Dựa trên các thí nghiệm với tinh thể Étienne Louis Malus xây dựng luật vào năm 1810 năm nhận được tên của mình. Ông đã suy ra sự phụ thuộc rõ ràng của ánh sáng phân cực tuyến tính sau khi ánh sáng đi qua một bộ phân cực được chế tạo trên cơ sở tinh thể. Cường độ chùm sáng sau khi đi qua tinh thể giảm tỉ lệ với bình phương côsin của góc tạo thành giữa mặt phẳng phân cực của chùm tia tới và bộ lọc.

Video bài học: Sự phân cực của ánh sáng, vật lý lớp 11.

Ứng dụng thực tế của phân cực ánh sáng

Hiện tượng đang được xem xét được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày thường xuyên hơn nhiều so với những gì tưởng tượng. Kiến thức về quy luật lan truyền của sóng điện từ đã giúp tạo ra nhiều thiết bị khác nhau. Các tùy chọn chính là:

1. Bộ lọc phân cực đặc biệt cho máy ảnh cho phép bạn loại bỏ ánh sáng chói khi chụp ảnh.
2. Kính có tác dụng này thường được người lái xe sử dụng vì chúng loại bỏ ánh sáng chói từ đèn pha của các phương tiện đang chạy tới.Do đó, ngay cả những chùm sáng cao cũng không thể làm lóa mắt người lái, điều này giúp cải thiện độ an toàn.
   Sự vắng mặt của ánh sáng chói là do ảnh hưởng của sự phân cực.
3. Các thiết bị được sử dụng trong địa vật lý giúp nghiên cứu các đặc tính của các khối mây. Nó cũng được sử dụng để nghiên cứu các tính năng của sự phân cực của ánh sáng mặt trời khi đi qua các đám mây.
4. Các cài đặt đặc biệt chụp ảnh tinh vân vũ trụ trong ánh sáng phân cực giúp nghiên cứu các đặc điểm của từ trường phát sinh ở đó.
5. Trong ngành công nghiệp kỹ thuật, cái gọi là phương pháp quang đàn hồi được sử dụng. Với nó, bạn có thể xác định rõ ràng các thông số ứng suất xảy ra trong các nút và bộ phận.
6. Thiết bị đã sử dụng khi tạo khung cảnh sân khấu, cũng như trong thiết kế buổi hòa nhạc. Một lĩnh vực ứng dụng khác là các gian hàng trưng bày và triển lãm.
7. Thiết bị đo lượng đường trong máu của một người. Chúng hoạt động bằng cách xác định góc quay của mặt phẳng phân cực.
8. Nhiều doanh nghiệp công nghiệp thực phẩm sử dụng thiết bị có khả năng xác định nồng độ của một dung dịch cụ thể. Ngoài ra còn có các thiết bị có thể kiểm soát hàm lượng của protein, đường và axit hữu cơ thông qua việc sử dụng các đặc tính phân cực.
9. Kỹ xảo điện ảnh 3D hoạt động chính xác thông qua việc sử dụng hiện tượng được xem xét trong bài báo.

Nhân tiện! Quen thuộc với tất cả các màn hình tinh thể lỏng và TV cũng hoạt động trên cơ sở dòng phân cực.

Biết các tính năng cơ bản của sự phân cực cho phép bạn giải thích nhiều tác động xảy ra xung quanh. Ngoài ra, hiện tượng này được sử dụng rộng rãi trong khoa học, công nghệ, y học, nhiếp ảnh, điện ảnh và nhiều lĩnh vực khác.