Mirzo ulug’bek nomidagi o’zbekiston milliy universiteti “ fizika ” fakulteti 2-kurs f-2002 guruh talabasi

Polarizatsiyalangan nur. Quyosh nuri va tabiiy va sun'iy yoritishning deyarli barcha boshqa shakllari yorug'lik to'lqinlarini hosil qiladi, ularning elektr maydon vektorlari tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan barcha tekisliklarda tebranadi. Agar elektr maydon vektorlari nurni maxsus materiallar bilan filtrlash orqali bitta tekislik bilan chegaralangan bo'lsa, u holda yorug'lik tarqalish yo'nalishi bo'yicha tekislik yoki chiziqli qutblangan deb ataladi va bitta tekislikda tebranadigan barcha to'lqinlar tekislik deb ataladi.


9-rasm

Inson ko'zi tasodifiy yo'naltirilgan va qutblangan yorug'likni farqlash qobiliyatiga ega emas va tekis polarizatsiyalangan yorug'likni faqat qizg'inlik yoki rang effekti orqali aniqlash mumkin, masalan, qutblangan quyoshdan saqlaydigan ko'zoynak taqish paytida kamaygan porlash orqali. Aslida, odamlar qutblangan yorug'lik mikroskopida kuzatilgan yuqori kontrastli haqiqiy tasvirlar va raqamli (yoki plyonkada) olingan va keyin qutblanmagan yorug'lik bilan ekranga proyeksiya qilingan bir xil namunalarning bir xil tasvirlari o'rtasidagi farqni ajrata olmaydi. Polarizatsiyalangan yorug'likning asosiy tushunchasi 9-rasmda tasvirlangan ikkita chiziqli polarizatorga tushgan qutblanmagan yorug'lik nurlari uchun. Elektr maydoni vektorlari tushayotgan yorug'lik nurida barcha

yo'nalishlarda tebranadigan sinusoidal to'lqinlar sifatida tasvirlangan (360 daraja; 60 graduslik oraliqda joylashgan faqat oltita to'lqin rasmga kiritilgan bo'lsa ham). Haqiqatda, tushayotgan yorug'lik elektr maydoni vektorlari birinchi polarizatorga duch kelgunga qadar barcha tekisliklarda teng taqsimlangan holda tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tebranadi.

9. 
   rasmda tasvirlangan polarizatorlaraslida bir yo'nalishda yo'naltirilgan uzun zanjirli polimer molekulalarini o'z ichiga olgan filtrlardir. Birinchi qutblanish filtridan faqat yo'naltirilgan polimer molekulalari bilan bir tekislikda tebranayotgan tushayotgan yorug'lik yutiladi, polimer tekisligiga to'g'ri burchak ostida tebranayotgan yorug'lik o'tadi. Birinchi polarizatorning qutblanish yo'nalishi vertikal ravishda tushayotgan nurga yo'naltirilgan, shuning uchun u faqat vertikal elektr maydon vektorlariga ega bo'lgan to'lqinlarni o'tkazadi. Birinchi polarizatordan o'tadigan to'lqin keyinchalik ikkinchi polarizator tomonidan bloklanadi, chunki bu polarizator yorug'lik to'lqinidagi elektr maydon vektoriga nisbatan gorizontal yo'naltirilgan. Bir-biriga nisbatan to'g'ri burchak ostida yo'naltirilgan ikkita polarizatordan foydalanish tushunchasi odatda kesishgan polarizatsiya deb ataladi va qutblangan yorug'lik mikroskopiyasi tushunchasi uchun asosiy hisoblanadi.
   

Qutblangan yorug'lik mavjudligiga oid birinchi maslahatlar taxminan 1669-yilda Erazm Bartolin Islandiya shpati mineralining kristallari (shaffof, rangsiz kaltsit ) kristallari o'tadigan yorug'lik ostida ob'ektlar kristallar orqali ko'rilganda qo'sh tasvir hosil qilishini aniqlaganida paydo bo'ldi. O'z tajribalari davomida Bartolin ham juda g'ayrioddiy hodisani kuzatdi. Kaltsit kristallari ma'lum bir o'q atrofida aylantirilganda, tasvirlardan biri ikkinchisining atrofida aylana bo'ylab harakatlanadi va bu kristallar qandaydir tarzda yorug'likni ikki xil nurga bo'lishayotganini isbotlaydi.

10. 
    rasm
    

Bir asrdan ko'proq vaqt o'tgach, frantsuz fizigi Etyen Malyu kaltsit kristallari orqali aks ettirilgan yorug'lik bilan yaratilgan tasvirlarni o'rganib chiqdi va ma'lum sharoitlarda tasvirlardan biri yo'q bo'lib ketishini payqadi. U oddiy kunduzgi yorug'lik kaltsit kristalidan alohida yo'llar bilan o'tgan ikki xil yorug'lik shaklidan iborat deb noto'g'ri taxmin qildi. Keyinchalik aniqlandiki, farq kristalldan o'tadigan yorug'likning qutbliligi tufayli yuzaga keladi. Kunduzgi yorug'lik barcha tekisliklarda tebranadigan yorug'likdan iborat bo'lib, aks ettirilgan yorug'lik ko'pincha yorug'lik aks ettiriladigan sirtga parallel bo'lgan bitta tekislik bilan chegaralanadi.
Qutblangan yorug'lik yorug'lik nurlarini chetga suradigan umumiy jismoniy jarayonlardan, jumladan, yutilish, sinish, aks ettirish, diffraktsiya (yoki tarqalish) va ikki sinishi deb nomlanuvchi jarayon natijasida hosil bo'lishi mumkin.(ikki marta sinishi xossasi). Dielektrik (yoki izolyatsion) materialning tekis yuzasidan aks ettirilgan yorug'lik ko'pincha qisman qutblanadi, aks ettirilgan yorug'likning elektr vektorlari material yuzasiga parallel bo'lgan tekislikda tebranadi. Polarizatsiyalangan yorug'likni aks ettiruvchi sirtlarning umumiy misollari - buzilmagan suv, shisha, plastmassa plitalar va avtomobil yo'llari. Bunday hollarda, elektr maydon vektorlari sirtga parallel bo'lgan yorug'lik to'lqinlari turli yo'nalishlarga ega bo'lganlarga qaraganda ko'proq darajada aks etadi. Izolyatsiya qiluvchi yuzaning optik xususiyatlari polarizatsiyalangan aks ettirilgan yorug'likning aniq miqdorini aniqlaydi. Ko'zgular yaxshi polarizator emas, garchi shaffof materiallarning keng spektri juda yaxshi polarizator rolini o'ynaydi, lekin faqat tushayotgan yorug'lik burchagi ma'lum chegaralar ichida yo'naltirilgan bo'lsa.
Polarizatsiyalanmagan yorug'likning tekis izolyatsion yuzaga tushishini ko'rib chiqayotganda, aks ettirilgan yorug'lik to'lqinlarining barchasi bitta tekislikda qutblangan bo'lgan noyob burchakka ega. Bu burchak odatda Bryuster burchagi deb ataladi va havo orqali o'tadigan yorug'lik dastasi uchun quyidagi tenglamadan foydalanib osongina hisoblash mumkin:

Bu erda n - yorug'lik aks ettirilgan muhitning sinishi ko'rsatkichi, th ( i ) - tushish burchagi va th ( r ) - sinish burchagi. Tenglamani o'rganib chiqib, noma'lum namunaning sinishi ko'rsatkichini Bryuster burchagi bilan aniqlash mumkinligi ayon bo'ladi. Bu xususiyat, ayniqsa, o'tadigan yorug'lik uchun yuqori yutilish koeffitsientiga ega bo'lgan shaffof bo'lmagan materiallarda foydali bo'lib, odatiy Snell qonuni formulasini qo'llamaydi. Ko'zgu texnikasi orqali qutblanish miqdorini aniqlash, shuningdek, belgilanmagan polarizatsiya plyonkasi varag'ida polarizatsiya o'qini qidirishni osonlashtiradi.

10. 
    rasm
    

Bryuster burchagining printsipi 11-rasmda havoga nisbatan yuqori sinishi ko'rsatkichiga ega bo'lgan shaffof muhitning tekis yuzasidan aks etadigan bitta nur nuri uchun tasvirlangan. Tushgan nur faqat ikkita elektr vektor tebranish tekisligi bilan chiziladi, lekin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar barcha tekisliklarda tebranishlarga ega bo'lgan yorug'likni tasvirlash uchun mo'ljallangan. Nur sirtga kritik burchak ostida kelganda (Bryuster burchagi; 11 - rasmda th o'zgaruvchisi bilan ifodalangan ), aks ettirilgan nurning qutblanish darajasi 100 foizni tashkil etadi, elektr vektorlarining yo'nalishi tushish tekisligiga perpendikulyar va aks ettiruvchi sirtga parallel. Indentsiya tekisligi hodisa, singan va aks ettirilgan to'lqinlar bilan belgilanadi. Singan nur aks ettirilgan nurdan 90 graduslik burchakka yo'naltirilgan va faqat qisman qutblangan.

Suv (sinishi indeksi 1,333), shisha (sinish indeksi 1,515) va olmos (2,417 sinishi indeksi) uchun kritik (Bryuster) burchaklari mos ravishda 53, 57 va 67,5 daraja. Magistral yo'l yuzasidan Brewster burchagida aks ettirilgan yorug'lik ko'pincha bezovta qiluvchi va chalg'ituvchi porlashni keltirib chiqaradi , buni issiq, quyoshli kunda magistralning uzoq
qismini yoki suzish havzasi yuzasini ko'rish orqali osongina ko'rsatish mumkin. Zamonaviy lazerlar odatda Bryuster burchagidan foydalanib, lazer bo'shlig'ining uchlari yaqinida joylashgan ko'zgu yuzalarida aks ettirilgan chiziqli polarizatsiyalangan yorug'likni hosil qiladi.
Yuqorida muhokama qilinganidek, gorizontal yuzalardan, masalan, avtomagistral yoki hovuzdagi suvdan kelib chiqadigan yorqin aks ettirishlar qisman qutblangan bo'lib, elektr maydon vektorlari erga parallel ravishda tebranadi. Ushbu yorug'lik 12-rasmda ko'rsatilganidek, vertikal yo'nalishda yo'naltirilgan polarizatsiya filtrlari orqali bloklanishi mumkin, qutblangan quyoshdan saqlaydigan ko'zoynak bilan. Quyosh ko'zoynaklarining linzalarida ramkalarga nisbatan vertikal yo'naltirilgan polarizatsiya filtrlari mavjud. Rasmda ko'k yorug'lik to'lqinlari o'zlarining elektr maydon vektorlari polarizatsiya linzalari bilan bir xil yo'nalishda yo'naltirilgan va shuning uchun ular orqali o'tadi. Aksincha, qizil yorug'lik to'lqinining tebranish yo'nalishi filtr yo'nalishiga perpendikulyar va linzalar tomonidan bloklanadi. Polarizatsiya qiluvchi quyoshdan saqlaydigan ko'zoynaklar quyoshda yoki plyajda haydashda juda foydali bo'lib, quyosh nuri yo'l yoki suv yuzasidan aks etadi, bu esa deyarli ko'r bo'lishi mumkin bo'lgan porlashni keltirib chiqaradi. Polarizatsiya filtrlari fotografiyada ham juda foydali bo'lib, ular porlashni kamaytirish va fotosuratlar yoki raqamli tasvirlardagi umumiy tasvir kontrastini oshirish uchun kamera linzalarining old qismiga biriktirilishi mumkin.

10. 
    rasm.
    

Birinchi polarizatsiya filtrlaridan biri XIX asrning boshlarida fransuz olimi Fransua

Arago tomonidan yaratilgan bo'lib, u qutblangan yorug'lik tabiatini faol o'rgangan. Arago osmondagi turli manbalardan kelib chiqadigan yorug'likning qutblanishini o'rganib chiqdi va yorug'lik tezligi zichroq muhitga o'tganda kamayishi kerakligini taxmin qiladigan nazariyani taklif qildi. U, shuningdek, Avgustin Fresnel bilan qutblangan yorug'likdagi interferensiyani o'rganish uchun ishlagan va bir-biriga perpendikulyar yo'naltirilgan tebranish yo'nalishlari bilan qutblangan ikkita yorug'lik nurlari interferentsiyaga duchor bo'lmasligini aniqladi. 1812-yilda ishlab chiqilgan va qurilgan Aragoning polarizatsiya filtrlari bir-biriga bosilgan shisha choyshablar to'plamidan tayyorlangan.
Bugungi kunda qo'llaniladigan qutblantiruvchi materiallarning aksariyati 1932 yilda doktor Edvin H. Land tomonidan ixtiro qilingan sintetik plyonkalardan olingan bo'lib, ular tez orada barcha boshqa materiallarni tekis polarizatsiyalangan yorug'lik ishlab chiqarish uchun tanlov vositasi sifatida ortda qoldirdi. Filmlarni ishlab chiqarish uchun yodoxinin sulfatning bir xil yo'nalishda yo'naltirilgan mayda kristalitlari kristallarning migratsiyasini va yo'nalishini o'zgartirishni oldini olish uchun shaffof polimer plyonka ichiga o'rnatiladi. Polaroid (roʻyxatdan oʻtgan savdo belgisi) savdo nomi ostida sotiladigan polarizatsiya plyonkalarini oʻz ichiga olgan quruq qatlamlar ushbu varaqlar uchun qabul qilingan umumiy atamaga aylandi. Tabiiy (polarizatsiyalanmagan) oq yorug'likdan tekis polarizatsiyalangan yorug'likni tanlashga qodir har qanday qurilma endi qutbli yoki polarizator deb ataladi., bu nom birinchi marta 1948-yilda AF Hallimond tomonidan kiritilgan. Ushbu filtrlar yorug'lik nurlarini differensial ravishda o'tkazish qobiliyatiga ega bo'lganligi sababli, ularning polarizator o'qiga nisbatan yo'nalishiga qarab, ular dikroizm shaklini ko'rsatadi va ko'pincha dikroik filtrlar deb ataladi.
Polarizatsiyalangan yorug'lik mikroskopiyasi birinchi marta o'n to'qqizinchi asrda paydo bo'lgan, ammo o'tkazuvchan polarizatsiya qiluvchi materiallardan foydalanish o'rniga yorug'lik tushish tekisligiga 57 graduslik burchak ostida o'rnatilgan shisha plitalar to'plamidan aks ettirish orqali qutblangan. Keyinchalik ilg'or asboblar prizma hosil qilish uchun maxsus kesilgan va sementlangan ikki marta sindiruvchi materialdan (masalan, kaltsit) kristallga tayangan. Ushbu turdagi kristallga kiruvchi oq polarizatsiyalanmagan
18
yorug'lik nurlari o'zaro perpendikulyar (ortogonal) yo'nalishda qutblangan ikkita komponentga bo'linadi.
Ikki singan kristalldan chiqadigan yorug'lik nurlaridan biri oddiy nur , ikkinchisi esa favqulodda nur deb ataladi . Oddiy nur kristaldagi elektrostatik kuchlar bilan ko'proq darajada sinadi va sementlangan sirtga umumiy ichki aks ettirishning kritik burchagida ta'sir qiladi. Natijada, bu nur prizmadan aks ettiriladi va optik moslamada yutilish orqali yo'q qilinadi. G'ayrioddiy nur prizma bo'ylab o'tadi va to'g'ridan-to'g'ri kondanser orqali va namunaga (mikroskop bosqichida joylashgan) o'tkaziladigan chiziqli qutblangan yorug'lik nuri sifatida paydo bo'ladi.
Prizma asosidagi polarizatsiya qurilmalarining bir nechta versiyalari bir vaqtlar keng tarqalgan bo'lib, ular odatda o'z dizaynerlari nomi bilan atalgan. Eng keng tarqalgan qutblanish prizmasi ( 13 -rasmda ko'rsatilgan ) Uilyam Nikol sharafiga nomlangan, u birinchi marta 1829-yilda Islandiya shpatining ikkita kristalini Kanada balzami bilan ajratib, sementlashtirgan. Nikol prizmalari birinchi bo'lib qo'sh sinishi birikmalarining qutblanish burchagini o'lchash uchun ishlatilgan. qutblangan yorug'lik va kristall moddalar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni tushunishda yangi o'zgarishlar.

10. 
    rasm.
    

13 - rasmda odatiy Nikol prizmasining qurilishi tasviri keltirilgan. Ikki marta sindiruvchi (bir sindiruvchi) materialning kristalli, odatda kaltsit, abcd bilan belgilangan tekislik bo'ylab kesiladi.va ikki yarmi asl kristall shaklini qayta ishlab chiqarish uchun birga sementlanadi. Polarizatsiyalanmagan oq yorug'lik nuri kristallga chapdan kiradi va o'zaro

19
perpendikulyar yo'nalishda qutblangan ikkita komponentga bo'linadi. Ushbu nurlardan biri (oddiy nur deb nomlanadi) kattaroq darajada sinadi va tsementlangan chegaraga burchak ostida ta'sir qiladi, bu esa uning eng yuqori kristall yuzi orqali prizmadan to'liq aks etishiga olib keladi. Boshqa nur (favqulodda nur) kamroq darajada sinadi va prizmadan o'tib, tekis qutblangan yorug'lik nuri sifatida chiqadi.
Boshqa prizma konfiguratsiyalari o'n to'qqizinchi va yigirmanchi asrning boshlarida taklif qilingan va qurilgan, ammo hozirgi vaqtda zamonaviy ilovalarda qutblangan yorug'lik ishlab chiqarish uchun foydalanilmaydi. Nikol prizmalari juda qimmat va katta hajmli va juda cheklangan diafragmaga ega, bu esa ularni yuqori kattalashtirishda ishlatishni cheklaydi. Buning o'rniga, qutblangan yorug'lik, odatda, filtrning o'tkazish o'qi chiziqli polimerlar va kristallarning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan filtr muhitida (masalan, qutblanuvchi varaqlar) o'ziga xos tebranish yo'nalishlari to'plamiga ega bo'lgan yorug'likni singdirish orqali hosil bo'ladi. polarizatsiya qiluvchi material.
Zamonaviy polarizatorlarda polarizatorning kristall o'qiga parallel bo'lgan elektr vektor tebranishlariga ega bo'lgan tushayotgan yorug'lik to'lqinlari so'riladi. Ko'pgina tushayotgan to'lqinlar vektor yo'nalishi qiyshiq, lekin kristall o'qiga perpendikulyar emas va faqat qisman so'riladi. Egri yorug'lik to'lqinlarining yutilish darajasi ular polarizatorga ta'sir qiladigan tebranish burchagiga bog'liq. Kristal o'qiga nisbatan parallel burchaklari bo'lgan nurlar perpendikulyarga yaqin burchakka ega bo'lganlarga qaraganda ancha yuqori darajada adsorbsiyalanadi. Eng keng tarqalgan Polaroid filtrlari ( H-seriyasi deb ataladi ) tushayotgan yorug'lik nurlarining atigi 25 foizini uzatadi, ammo uzatilgan nurlarning qutblanish darajasi 99 foizdan oshadi.
Bir qator ilovalar, xususan, qutblangan optik mikroskop, ikki sindiruvchi yoki ikki marta sindiruvchi namunalarni tekshirish uchun kesishgan polarizatorlarga tayanadi. Ikki polarizator kesishganda, ularning uzatish o'qlari bir-biriga perpendikulyar yo'naltiriladi va birinchi polarizatordan o'tadigan yorug'lik odatda analizator deb ataladigan ikkinchi polarizator tomonidan to'liq o'chadi yoki so'riladi . Dikroik polarizatsiya filtrining yorug'likni yutuvchi sifati polarizator kesishgan juftlikda ishlatilganda qancha tasodifiy yorug'lik
20
o'chganligini aniq aniqlaydi va so'nish omili deb ataladi.polarizatordan. Miqdoriy jihatdan so'nish koeffitsienti bir juft polarizatorning uzatish o'qlari parallel yo'naltirilganda o'tadigan yorug'lik nisbati bilan aniqlanadi, ular bir-biriga perpendikulyar bo'lganda o'tgan yorug'lik miqdoriga nisbatan. Umuman olganda, 10 000 dan 100 000 gacha bo'lgan yo'q bo'lib ketish omillari qora-qora fon va qutblangan optik mikroskopda maksimal kuzatiladigan namunaning ikki sinishi (va kontrast) hosil qilish uchun talab qilinadi.

10. 
    rasm
    

Yuqori sifatli polarizatorlarning kesishgan juftligidan o'tadigan yorug'lik miqdori analizatorning polarizatorga nisbatan yo'nalishi bilan belgilanadi. Polarizatorlar bir-biriga perpendikulyar yo'naltirilgan bo'lsa, ular so'nishning maksimal darajasini ko'rsatadi. Biroq, boshqa burchaklarda, 14 -rasmda keltirilgan vektor diagrammalarida ko'rsatilganidek, turli darajadagi yo'q bo'lib ketish olinadi . Analizator kesishgan juftlik orqali o'tadigan yorug'lik miqdorini nazorat qilish uchun ishlatiladi va turli xil qutblangan yorug'lik amplitudalarini o'tkazish uchun yorug'lik yo'lida aylantirilishi mumkin. 14- rasmda (a), polarizator va analizator parallel uzatish o'qlariga ega va polarizator va analizatordan o'tadigan yorug'likning elektr vektorlari teng kattalikda va bir-biriga parallel.

Analizatorning uzatish o'qini polarizatornikiga nisbatan 30 gradusga aylantirish, 6- rasmda (b) ko'rsatilgandek, juftlik orqali o'tadigan yorug'lik to'lqinining amplitudasini kamaytiradi . Bunday holda, polarizator orqali uzatiladigan qutblangan yorug'lik analizatordan o'tishga qodir bo'lgan qutblangan yorug'likning amplitudasini aniqlash uchun vektor matematikasi orqali gorizontal va vertikal komponentlarga echilishi mumkin.
Analizator orqali uzatiladigan nurning amplitudasi vertikal vektor komponentiga teng ( 14- rasmda (b) sariq o'q bilan ko'rsatilgan ).
Analizatorning uzatish o'qini polarizatorning uzatish o'qiga nisbatan 60 graduslik burchakka aylanishning davom etishi analizator orqali uzatiladigan vektor komponentining kattaligini yanada pasaytiradi ( 14-rasm (c) ). Analizator va polarizator to'liq kesishganda (90 graduslik burchak), vertikal komponent ahamiyatsiz bo'lib qoladi ( 14-rasm (d) ) va polarizatorlar o'zlarining maksimal so'nish qiymatiga erishdilar.
Bir juft polarizator orqali o'tadigan yorug'lik miqdorini quyidagi tenglamadan foydalangan holda, qutblantiruvchi uzatish o'qlari orasidagi burchaklar funktsiyasi sifatida Malusning kosinus-kvadrat qonunini qo'llash orqali miqdoriy tavsiflash mumkin:

Bu erda I - analizatordan o'tadigan yorug'lik intensivligi (va kesishgan qutblanish juftligi orqali o'tgan yorug'likning umumiy miqdori), I(o) - qutbga tushadigan yorug'lik intensivligi va th - yorug'lik nurlari orasidagi burchak. polarizator va analizatorning uzatish o'qlari. Tenglamani tekshirib, ikkita polarizatorni kesib o'tganda ( th = 90 daraja) intensivlik nolga teng ekanligini aniqlash mumkin. Bunda polarizatordan o'tgan yorug'lik analizator tomonidan to'liq o'chadi. Polarizatorlar qisman 30 va 60 daraja kesishganda, analizator tomonidan o'tkaziladigan yorug'lik mos ravishda 25 va 75 foizga kamayadi.