Применение поляризации света в технике.

Через скрещённые поляроиды свет не проходит, но, если поместить между ними оптический элемент, поворачивающий плоскость поляризации, можно открыть свету дорогу. Так устроены быстродействующие электрооптические модуляторы света. Между скрещёнными поляроидами помещается, например, кристалл, на который подаётся электрическое напряжение. При этом в кристалле свет становится поляризованным (линейный электрооптический эффект, или эффект Поккельса). При подаче переменного напряжения модулирующий кристалл будет периодически меняться интенсивность света, проходящего через второй поляроид. Так осуществляется модуляция - изменение интенсивности света с частотой приложенного напряжения, которая может быть очень высокой - до 10⁹ Гц. Получается затвор, прерывающий свет миллиард раз в секунду. Эго используют во многих технических устройствах - в электронных дальномерах, оптических каналах связи, лазерной технике.

Известны так называемые фотохромные очки, темнеющие на ярком солнечном свету, но не способные защитить глаза при очень быстрой и яркой вспышке (например, при электросварке) - процесс затемнения идёт сравнительно медленно. Поляризационные очки на эффекте Поккельса обладают практически мгновенной «реакцией» (менее 5∙10^-7 с). Свет яркой вспышки поступает на миниатюрные фотоприемники (фотодиоды), подающие электрический сигнал, под действием которого очки становятся непрозрачными.

Эффект Керра состоит в том, что оптически изотропное вещество (например, жидкость или газ) при воздействии электрического поля приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого направлена вдоль поля. Для наблюдения эффекта Керра монохроматический свет пропускают через поляризатор и направляют в плоский конденсатор, заполненный изотропным веществом (ячейку Керра). Далее оптическое излучение проходит через анализатор. Поляризатор преобразует естественный неполяризованный свет в линейно поляризованный. Если к обкладкам конденсатора не приложено напряжение, то поляризация света, проходящего через вещество, не изменяется.

В переменном электрическом поле наведение анизотропии зависит от скорости переориентации молекул при изменении знака поля. Эта скорость для низкомолекулярных жидкостей очень велика (времена изменения ориентации - менее 1 нс). Поэтому при частоте электрического поля менее 1 ГГц интенсивность проходящего света будет следовать за колебаниями электрического поля практически без запаздывания. Таким образом, ячейка Керра может действовать как быстродействующий модулятор светового потока, что имеет важное прикладное значение.

Эффект Фарадея заключается во вращении плоскости поляризации электромагнитного излучения (например, света), распространяющегося в веществе вдоль силовых линий постоянного магнитного поля, проходящих через это вещество. Является доказательством прямой связи между магнетизмом и светом. В эффекте Фарадея ярко проявляется специфический характер вектора напряженности магнитного поля Н. Обусловленное магнитным полем направление поворота плоскости поляризации при эффекте Фарадея, не зависит от направления распространения излучения. Поэтому многократное прохождение света через среду, помещенную в магнитное поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность эффекта Фарадея нашла применение при конструировании «невзаимных» оптических и микроволновых устройств, циркуляторов, гираторов, фазовращателей СВЧ.

Два скрещённых поляроида составляют основу многих полезных устройств. Поляризованный свет используют для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45°, например, вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещённые собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещёнными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.

Поляризационные очки используют в стереокино, дающем иллюзию объёмности. В основе иллюзии лежит создание стереопары - двух изображений, снятых под разными углами, соответствующими углам зрения правого и левого глаза. Их рассматривают так, чтобы каждый глаз видел только предназначенный для него снимок.

Изображение для левого глаза проецируют на экран через поляроид с вертикальной осью пропускания, а для правого - с горизонтальной осью и точно совмещают их на экране. Зритель смотрит через поляроидные очки, в которых ось левого поляроида вертикальна, а правого горизонтальна; каждый глаз видит только "своё" изображение, и возникает стереоэффект.

Для стереоскопического телевидения применяется способ быстрого попеременного затемнения стёкол очков, синхронизированного со сменой изображений на экране. За счёт инерции зрения возникает объёмное изображение.

Поляроиды широко применяются для гашения бликов (например, при фотосъемке дна неглубокого водоема или фотографировании картин и музейных экспонатов, защищенных стеклом) на полированных поверхностях, от воды (отраженный от них свет сильно поляризован – см. закон Брюстера).

Поляризованные очки фирмы "Polaroid" (продаются в магазинах для рыболовов или в автомагазинах) уменьшают блики от водной поверхности и убирают блики от стеклянных поверхностей либо блестящего асфальтового покрытия дороги. Проверить подлинность таких очков очень просто: поворачивая очки относительно друг друга, можно практически полностью перекрыть свет Поляризован и свет экранов жидкокристаллических мониторов.

Поляризация происходит не только при направленном отражении (например, от водной глади), но и при диффузном. Так, с помощью поляроида нетрудно убедиться, что поляризован свет, отраженный от покрытия шоссе. При этом действует удивительная зависимость: чем, темнее поверхность, тем сильнее поляризован отраженный от нее свет. Эта зависимость получила название закона Умова, по имени русского физика, работавшего в Одесском университете и открывшего ее в 1905 году. Асфальтовое шоссе в соответствии с законом Умова поляризовано сильнее, чем бетонное, влажное - сильнее, чем сухое. Влажная поверхность не только сильнее блестит, но она еще на вид темнее сухой.

Заметим, что свет, отраженный от поверхности металлов (в том числе от зеркал – ведь зеркало покрыто тонким слоем металла) не поляризован. Это связано с высокой проводимостью металлов (в них очень много свободных электронов). Отражение электромагнитных волн от таких поверхностей происходит иначе, чем от поверхностей диэлектрических, непроводящих.

Дата добавления: 2015-10-28