1.
ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА
1. Світло природне і поляризоване
2. Закон Малюса. Закон Брюстера
3. Явище подвійного променезаломлення
4. Призма Ніколя, хід променів
5. Оптично активні речовини. Обертальна
дисперсія. Цукрометрія
6. Поляризаційний мікроскоп
7. Поглинання світла
8. Розсіяння світла
9. Основні поняття і формули фотометрії

2.
Хвильова оптика є одним з розділів фізичної оптики, яка
вивчає сукупність явищ, в яких проявляється хвильова
природа світла, зокрема таких явищ, як інтерференція
світла, дифракція світла, поляризація світла і ін.
Як і всі електромагнітні хвилі, світло - це поперечні
хвилі. У світловій хвилі напрями коливань вектора
напруженості електричного поля ( ) та вектора індукції
магнітного поля ( ) перпендикулярні напряму поширення
хвилі, причому напрями коливань векторів та також
взаємно перпендикулярні.
E

B

B

E


3.
• У загальному випадку світло створюється різними
елементарними випромінювачами (атомами), причому напрями
коливань вектора у хвилях, створених кожним з атомів,
відрізняються один від одного. У результаті у світла, створеного
природними джерелами, амплітуда коливань у кожному з
напрямів у площині, перпендикулярній напряму поширення
світла, виявляється приблизно однаковою.
• Таке світло, в якому амплітуди коливань вектора у всіх
напрямах, перпендикулярних напряму поширення світла,
майже однакові, називається природним світлом.
E

E

Природне світло

4.
• Якщо ж коливання вектора відбуваються точно
вздовж однієї прямої, перпендикулярної до напряму
поширення хвилі, то таке світло (така хвиля) є
поляризованим, точніше, повністю поляризованим, або
плоскополяризованим. При цьому площина, утворена
напрямом коливання вектора та напрямом поширення
хвилі, називається площиною поляризації світла.
E

E

Лінійно поляризоване
світло

5.
• Світлова хвиля, що випромінюється елементарним
випромінювачем (окремим атомом), є поляризованою.
Якщо коливання вектора відбуваються в різних
напрямах, перпендикулярних напряму поширення
світла, але амплітуда коливань в одних напрямах
помітно відрізняється від амплітуди коливань в
інших напрямах, то таке світло називається частково
поляризованим.
Частково поляризоване
світло
E


6.
• На рис. показані напрями коливань вектора
у разі природного, плоскополяризованого та
частково поляризованого світла відповідно.
Напрям поширення світла перпендикулярний
до площини рисунка.
E

Природне світло
Плоскополяризоване
світло
Частково поляризоване
світло

7.
• Пристрої, за допомогою яких з природного світла виділяють
поляризоване світло, називаються поляризаторами.
Перетворення природного світла на повністю або частково
поляризоване називається поляризацією світла.
• Якщо на поляризатор падає природне світло, то
інтенсивність поляризованого світла, що вийшло із
поляризатора, удвічі менша за інтенсивність падаючого на
поляризатор світла.
I = ½ I0
Поляризатор
Е
E


8.
• Якщо плоскополяризоване світло, одержане за
допомогою одного поляризатора, падає на інший
поляризатор, який при цьому називають аналізатором,
то інтенсивність світла, що вийшло з аналізатора,
залежить від величини кута між площинами, у яких
поляризують світло поляризатор й аналізатор
(площини, в яких поляризують світло поляризатор і
аналізатор називаються їх головними площинами).
Природне
світло
Оптична вісь
поляризатора
Оптична вісь
аналізатора

9.
• Залежність інтенсивності світла, що вийшло з аналізатора, від
величини кута між головними площинами поляризатора і
аналізатора називається законом Малюса і має вигляд


 2
0 cos
I
I
де І - інтенсивність світла, що вийшло з аналізатора, І0 -
інтенсивність світла, падаючого на аналізатор (що вийшло з
першого поляризатора), φ - кут між площиною поляризації цього
світла (головною площиною поляризатора) і площиною, у якій
поляризує світло аналізатор (головною площиною аналізатора).
Очевидно, що, якщо, φ = 0º, то І = І0, а якщо φ = 90º , то І = 0.
пр пр
пр

10.
• При падінні світла на межу поділу двох прозорих
діелектриків утворюються відбитий та заломлений
промені, причому в загальному випадку обидва промені є
частково поляризованими, тобто відбувається
поляризація світла.
• Якщо падаюче світло природне, то заломлений промінь
здебільшого поляризований в площині падіння, а
відбитий - у площині, перпендикулярній площині
падіння.

11.
Якщо кут падіння (α) задовольняє співвідношенню
де n - показник заломлення другого середовища відносно
першого, то відбитий промінь є повністю поляризованим, а
заломлений - частково, хоча ступінь поляризації його при цьому
максимальний. Це математичне співвідношення називається
законом Брюстера, а кут падіння, при якому виконується
співвідношення це співвідношення, називають кутом Брюстера.
n
tg 

αБ

12.
• Явище поляризації світла при його падінні на межу поділу
прозорих діелектриків використовують для одержання
поляризованого світла. При цьому використовують набір
тонких прозорих пластин (стопу Столєтова).
• На кожній з граней кожної з пластин відбувається часткова
поляризація заломленого променя, внаслідок чого ступінь
поляризації світла збільшується й на виході із стопи світло є
вже майже повністю поляризованим.

13.
• Поляризація світла відбувається також при подвійному
променезаломленні. Явище подвійного променезаломлення
спостерігається в оптично анізотропних середовищах, тобто
середовищах, оптичні властивості яких залежать від напряму
поширення світла в них. Типовим прикладом оптично
анізотропних середовищ є кристали, наприклад, ісландський
шпат або турмалін.
• Швидкість поширення світла в оптично анізотропних кристалах у
різних напрямах є різною, причому існує напрям, у якому
швидкість поширення світла є екстремальною (тобто або
максимальною, або мінімальною). Цей напрям називається
оптичною віссю кристала.

14.
• Якщо промінь природного світла падає на оптично анізотропний кристал, то в
результаті заломлення світла в загальному випадку утворюються два промені. Для
одного з цих променів виконується закон заломлення світла, тобто заломлений
промінь поширюється в площині падіння променя, і такий промінь називається
звичайним.
• Інший промінь, який називається незвичайним променем, поширюється в
площині, утвореній падаючим променем і оптичною віссю кристала, що проходить
через точку падіння променя. Цю площину називають головною оптичною
площиною. Подвійне променезаломлення не спостерігається, якщо промінь
поширюється вздовж оптичної осі кристала.
• Обидва промені (звичайний, і незвичайний) повністю поляризовані, причому
незвичайний промінь поляризований в головній площині, а звичайний - у
площині, яка перпендикулярна до головної.
е (незвичайний промінь)
о (звичайний промінь)
Природне світло

15.
• Швидкості поширення звичайного та незвичайного
променів в оптично анізотропному середовищі різні, а
отже, різні й показники заломлення середовища для цих
променів. Кристали, у яких швидкість поширення
звичайного променя (vо) більша за швидкість
поширення незвичайного променя (ve), називаються
позитивними. Якщо ж в кристалі vо < ve, то такий
кристал називається негативним.

16.
• У деяких кристалах з подвійним
променезаломленням (турмалін, герапатит
тощо) один з променів поглинається значно
сильніше за інший. Таке явище називається
дихроїзмом.
• У результаті при достатній товщині
кристала, що має властивість дихроїзму, з
нього виходить тільки один повністю
поляризований промінь. Такі кристали
можуть використовуватися як
поляризатори світла.

17.
• Для одержання незабарвленого поляризованого світла
може використовуватися призма Ніколя, або просто
ніколь. Призма Ніколя виготовляється з ісландського
шпату та складається з двох частин, грані яких склеєні
канадським бальзамом. Показник заломлення
канадського бальзаму (n = 1,55) більший показника
заломлення ісландського шпату для незвичайного
променя (ne = 1,49), але менший показника заломлення
ісландського шпату для звичайного променя (nо = 1,66).
канадський бальзам (n')
ісландський шпат (nо, nе)

18.
• Призма побудована так, що кут падіння звичайного променя,
позначеного на рисунку літерою (o), на межу поділу
ісландський шпат - канадський бальзам більший кута повного
внутрішнього відбивання. У результаті незвичайний промінь,
позначений на рисунку літерою (e), проходить через склеєні
грані призми і виходить з неї, а звичайний промінь зазнає
повного відбивання на межі поділу шпату з канадським
бальзамом, а потім поглинається зачорненою бічною гранню
призми. Таким чином, з призми Ніколя виходить тільки
повністю поляризований незвичайний промінь.
канадський бальзам
природний

19.
• Існують речовини, що здатні обертати площину поляризації світла. Такі
речовини називаються оптично активними.
• Якщо через оптично активну речовину пропускати плоскополяризоване
світло, то можна виявити, що світло, яке вийшло з цієї речовини,
залишається плоскополяризованим, але його площина поляризації
повернена щодо площини поляризації початкового променя навколо
напряму поширення променя на деякий кут . При цьому величина кута
прямо пропорційна довжині шляху ( ), пройденого світлом в оптично
активній речовині, тобто
де αo - коефіцієнт пропорційності, який називають сталою обертання.

0



α
l

Оптично
активна
речовина

20.
• Розчини оптично активних речовин (наприклад, цукру) в неактивних
розчинниках (наприклад, у воді) також оптично активні, причому кут повороту
площини поляризації світла шаром такого розчину залежить від концентрації
оптично активної речовини. Ця залежність визначається формулою
• де с - концентрація оптично активної речовини в розчині, а [α0] - коефіцієнт
пропорційності, який називається питомим обертанням. Питоме
обертання розчину оптично активної речовини залежить від довжини
хвилі, температури розчину та властивостей розчинника.
• Залежність величини [α0] від довжини хвилі визначається законом Біо:
[α0] ~1/λ2
  
c
0 




21.
• Залежність кута повороту площини поляризації світла
розчином оптично активної речовини від концентрації
цієї речовини лежить в основі методу визначення
концентрації оптично активних речовин у розчині, який
називається поляриметрією, або цукрометрією.
Використовувані при цьому вимірювальні пристрої
називаються поляриметрами, або цукрометрами.
Освітлювач Поляризатор Розчин Аналізатор
пр

22.
• Молекули найважливіших біохімічних сполук (білків,
цукрів, нуклеїнових кислот тощо) асиметричні,
унаслідок чого ці речовини (та їх розчини) мають
оптичну активність.
• При цьому для всіх названих речовин можуть існувати
і правообертаючі, і лівообертаючі молекули, але їх
біологічна значущість для людини істотно різна.
Суміш, у якій концентрації лівообертаючих і
правообертаючих молекул однакові, називається
рацемічною.

23.
• На явищі поляризації світла заснована робота поляризаційного
мікроскопа. Поляризаційний мікроскоп відрізняється від звичайного тим,
що до його складу входять поляризатор і аналізатор. Поляризатор
розташований перед конденсором та здійснює поляризацію світла, що
освітлює досліджуваний об'єкт. Аналізатор розташований в тубусі
мікроскопа.
• Якщо площини поляризації
світла поляризатором та
аналізатором (головні
площини поляризатора та
аналізатора) взаємно
перпендикулярні (схрещені
поляризатор та аналізатор),
то за наявності ізотропного
зразка, що не має оптичної
активності, поле зору в
поляризаційному мікроскопі
буде темним.
• Спостерігатися в
поляризаційному мікроскопі
при цьому можуть об'єкти
або оптично анізотропні,
або оптично активні.

24.
Мікропрепарат міокарда в
поляризованому світлі в
нормі
Будова кісткової тканини. Б - шліф
кісткової тканини: 1 - кісткові клітки;
2 - проміжна кісткова речовина;
3 - гаверсові канали
• Тканини живих організмів містять різні право- та
лівообертаючі речовини, причому сумарна оптична
активність біологічних тканин практично дорівнює
нулю.
• Тому поляризаційний мікроскоп
використовується тільки для вивчення
структур, що мають оптичну анізотропію. До
таких в людському організмі належать, м'язова,
кісткова та нервова тканини.

25.
Дякуємо
за увагу!