Optyka falowa. polaryzacja. dwójłomność optyczna. czym jest zjawisko polaryzacji stan a stopień polaryzacji sposoby polaryzacji

Transkrypt

1

2 W-21 (Jaoszewicz) 16 slajdów Na podsawie pezenacji pof. J. Rukowskiego Opyka falowa polayzacja czym jes zjawisko polayzacji san a sopień polayzacji sposoby polayzacji dwójłomność opyczna pzyczyny mikoskopowe zasosowania

3 Polayzacja y E świała z B x Fala EM jes spolayzowana gdy wekoy E i B mają usalony kieunek w pzeszeni polayzacja liniowa weko E dga w jednym kieunku polayzacja kołowa weko E zaacza koła Polayzacja jes zjawiskiem kóe wysępuje ylko dla fal popzecznych Kieunek polayzacji o kieunek dgań wekoa E Świało wysyłane pzez wiele źódeł aomów jes niespolayzowane składa się z wielu óżnych kieunków polayzacji świało niespolayzowane jes supepozycją dwóch fal spolayzowanych wzajemnie posopadle E

4 D. Goldsein: Polaized Ligh Macel Dekke Inc. New Yok 2003 Polayzacją nazywamy wekoową nauę świała ] Re[ exp Ψ => = Ψ i A fizyczny sens ϕ = Ψ H E lub ) cos( ) cos( ' ' kz E E k e A E z kieunku w plaskiej fali Dla + ω ω San polayzacji - SOP Azymu θ ką pomiędzy dużą osią elipsy a kieunkiem osi 0x Ką elipyczności ε kóego angens jes sosunkiem długości małej do dużej półosi elipsy polayzacji ε=g(b/a) Ampliuda dgania elekycznego R- kóa chaakeyzuje wielkość dgania elekycznego jej kwada jes popocjonalny do gęsości enegii w danym punkcie pola: R=(a 2 +b 2 ) 1/2

5 Sopień polayzacji - DOP [M. Bon E. Wolf Pinciple of Opics Pegamon NY 1968] I I 0 I P P = I P I 0 naężenie części spolayzowanej wiązki świelnej całkowie naężenie wiązki świelnej ką polayzaoa Świało: - Całkowicie spolayzowane P=1 - Częściowo spolayzowane P<1 - Zdepolayzowane P=0

6 ODBICIE α SPOSOBY POLARYZACJI β POLARYZATORY Fala padająca E pad E 90 0 fala spolayzowana ównolegle fala spolayzowana w płaszczyźnie padania Ką Bewsea Jeśli α+β=90 o n=sinα/sinβ=sinα/sin(90-α) Dwie składowe wekoa E padającej fali: posopadła do płaszczyzny padania leżąca w płaszczyźnie padania. Jeśli α+β=90 o fala odbia jes całkowicie spolayzowana. Fala pzepuszczona E=E pad +E pęy =0 n = gα oś polayzaoa linia posopadła do pęów polayzao: mealowe pęy (mikofale fale adiowe) długie cząseczki (świało) Fala wywozona pzez pąd E pęy = -E Fala pzepuszczona =fala padająca Wygaszenie lub pzepuszczenie fali jes wynikiem inefeencji fali padającej i wywozonej w maeiale polayzaoa

7 PRAWO MALUSA Fala padająca E pad pod kąem do osi polayzaoa E zazym E pad I = I m cos 2 θ Pzepuszczona ylko składowa ównoległa do osi polayzaoa θ E pzep E pzep =E pad cosθ polayzao analizao Pawo Malusa naężenie świała spolayzowanego po pzejściu pzez analizao opyczny jes popocjonalne do kwadau cosinusa kąa pomiędzy płaszczyznami polayzacji świała pzed i po pzejściu pzez analizao (eguła kwadau cosinusa)

8 SKRĘCENIE PŁASZCZYZNY POLARYZACJI polayzao fala zupełnie wygaszona część fali pzechodzi Zwiększenie ilości płyek polayzacyjnych nie zmienia kąa skęcenia lecz zwiększa naężenie pzepuszczonej (i skęconej) fali Możliwe jes skęcenie płaszczyzny polayzacji fali E pzep =E pad cos n (θ/n)

9 WYŚWIETLACZE CIEKŁOKRYSTALICZNE Ciekłe kyszały o san pośedni miedzy cieczą a kyszałem cząseczki mogą znajdować się w zupełnie pzypadkowych położeniach (jak w cieczy) są zoienowane jedne względem dugich (upoządkowanie jak w kyszałach). ) Takie własności wynikają z wydłużonego kszału molekuł pzy jednocześnie małej T dzięki czemu lokalny poządek nie jes niszczony pzez flukuacje emiczne Częściowo ozopione mydło jes ciekłym kyszałem Ciekłe kyszały mają unikalne własności fizyczne. y E z x E x Po pzejściu pzez ciekły kyszał płaszczyzna polayzacji fali jes skęcona lecz fala nie jes osłabiona

10 Dwójłomność Jes o własność ośodków opycznych do podwójnego załamywania świała (ozdwojenia pomienia świelnego). Subsancje dla kóych zjawisko zachodzi nazywamy subsancjami dwójłomnymi. Zjawisko dwójłomności odkył w 1669 oku Rasmus Baholin zaś wyjaśnił Augusin J. Fesnel w piewszej połowie XIX w wieku. Dwójłomność wykazuje wiele subsancji kysalicznych a akże wszyskie ciekłe kyszały. Pzykładami subsancji dwójłomnych mogą być kyszały yylu i kalcyu. Teminem ym okeśla się akże óżnice między współczynnikiem załamania pomienia nadzwyczajnego n e a współczynnikiem załamania pomienia zwyczajnego n o. n= n e - n o

11 Dwójłomność - wyjaśnienie Zjawisko wynika z faku że subsancja jes anizoopowa co oznacza że współczynniki pzenikalności elekycznej ε i wynikająca z niego pędkość świała sąd współczynnik załamania świała w kyszale zależą od kieunku dgań pola elekycznego fali elekomagneycznej (polayzacji fali). W kyszale akim isnieje oś opyczna - kieunek w kóym świało biegnąc nie ozdziela się na dwa pomienie ponieważ pędkość świała jes aka sama dla wszyskich możliwych polayzacji fali biegnącej w ym kieunku. Kieunek ej osi nie zależy od kszału kyszału. Isnieją kyszały jedno i dwuosiowe.

12 Pomień zwyczajny ODBICIE α 90 0 fala spolayzowana ównolegle i nadzwyczajny β fala spolayzowana w płaszczyźnie padania W kyszale jednoosiowym podczas załamania pomień wchodzący do kyszału ozdziela się na dwa jeden z nich jes o pomień zwyczajny spełnia on pawo Snelliusa leży on w płaszczyźnie padania oznaczany jes symbolem o (ang. odinay). Dla ego pomienia kieunek dgań pola elekycznego jes posopadły do jego płaszczyzny głównej. Dugi pomień o pomień nadzwyczajny nazywa się go ak bo w ogólności nie spełnia on pawa Snelliusa oznacza się go pzez e (ang. exaodinay). Pomień en nie musi leżeć w płaszczyźnie padania może się akże załamać gdy pomień pada posopadle do powiezchni kyszału. To w jaki sposób zmieni on kieunek pzy akim padaniu zależy od kieunku osi opycznej w kyszale. Nie załamie się kiedy oś opyczna jes posopadła lub ównoległa do powiezchni na kóą pada pomień. Dla pomienia nadzwyczajnego kieunek dgań pola elekycznego jes ównoległy do jego płaszczyzny głównej. Wao zauważyć że ponieważ płaszczyzny główne obu pomieni mogą być inne polayzacje obu pomieni nie muszą być do siebie posopadłe. W kyszale dwuosiowym oba pomienie zachowują się jak pomienie nadzwyczajne.

13 Dwójłomność pzyczyny mikoskopowe Isnienie dwójłomności osi opycznej w kyszale wynika z jednakowego kieunku usawienia jego anizoopowych cząseczek. Cząseczki akiego kyszału mają zazwyczaj wydłużony kszał i ułożone są w kyszale egulanie. W akim ujęciu oś opyczna jes o kieunek osi symeii ych cząsek. Zjawisko dwójłomności może się akże pojawić pod wpływem czynników zewnęznych jak pole elekyczne (elekoopyczne zjawisko Kea) pole magneyczne (zjawisko Faadaya) fala elekomagneyczna (opyczne zjawisko Kea). Wynika o z faku że anizoopowe cząseczki nie są ułożone egulanie ale mogą posiadać ładunki na swoich końcach (są dipolami) wedy pod wpływem pola elekycznego układają się odpowiednio do niego zjawisko wykozysywane jes w ekanach LCD. Nieuszeegowane cząseczki mogą być akże upoządkowane pod wpływem ściskania lub ozciągania maeiału (ak jak posują się pozwijane niki kiedy są ozciągane).

14 WYŚWIETLACZE CIEKŁOKRYSTALICZNE Nie spolayzowane świało Polayzao Płyka szklana z nacięciami Ciekłe kyszały Oś ciekłych kyszałów wzdłuż nacięć Saają się usawić ównolegle do siebie Płyka szklana z nacięciami Oś ciekłych kyszałów wzdłuż nacięć Analizao Kieunek osi ciekłego kyszału może być zmieniany pzez zewnęzne pole elekyczne

15 WYŚWIETLACZE CIEKŁOKRYSTALICZNE Nie spolayzowane świało Włączenie napięcia powoduje że osie ciekłych kyszałów usawiają się ównolegle do pola elekycznego ciekłe kyszały nie skęcają płaszczyzny polayzacji Bak napięcia Pzyłożenie napięcia świało pzechodzi świało nie pzechodzi

16