Reflexia si refractia luminii Polarizarea luminii Curs 16 Reflexia si refractia luminii Polarizarea luminii

Reflexia si refractia Fenomenele de reflexie si refractie se petrec la suprafata de separatie dintre doua medii. Fenomenele fizice sunt caracterizate din punct de vedere energetic introducand notiunile de factor de reflexie si factor de transmisie pentru un flux de energie. Din punct de vedere formal problema se reduce la a considera conditiile la limita pentru vectorii E si H, conditii care se reduc la egalitatea componentelor tangentiale de o parte si de alta a suprafetei de separatie a celor doua medii dielectrice.

Directiile vectorilor E si H la suprafata de separatie dintre doua medii optice cu indici de refractie diferiti

Fascicol incident

Factorul de reflexie reprezinta raportul dintre fluxul mediu de energie din unda reflectata si fluxul mediu de energie din unda incidenta. Factorul de transmisie reprezinta raportul dintre fluxul mediu de energie din unda transmisa si fluxul mediu de energie din unda incidenta.

Sa estimam factorul de reflexie si cel de transmisie pentru lumina ce cade din aer pe sticla. Cum n1 = 1 si n2 = 1.5 obtinem R = 4% T = 96% Astfel sticla obisnuita reflecta numai o mica parte din lumina care cade pe ea.

Polarizarea undelor electromagnetice Unde polarizate liniar Undele sunt polarizate liniar daca vectorii E si H pastreaza o directie determinata în spatiu în decursul propagarii. Planul definit de E si k poarta numele de plan de polarizare. Unde polarizate eliptic si circular Acestea sunt undele în care vectorii E si H pot considerati ca o suma formata din doua unde perpendiculare de frecvente egale care se propaga de-a lungul aceleiasi directii (de exemplu Oz).

Producerea luminii polarizate Lumina naturala O sursa obisnuita de lumina consta dintr-o multime de emitatori atomici. Fiecare atom emite un tren de unde polarizat în timp de 10-8 s. Astfel sunt emise diverse trenuri de unda a caror polarizare se modifca într-o maniera care nu poate fi precizata. Deoarece aceste schimbari sunt atât de rapide trebuie sa ne referim la o singura stare a luminii astfel emisa. Lumina de acest tip poarta numele de lumina naturala. Din punct de vedere matematic lumina naturala se poate reprezenta în termenii a doua unde arbitrare, liniar polarizate perpendicular una pe alta cu amplitudini egale a caror faza relativa variaza aleatoriu ¸si extrem de rapid. Se spune ca cele doua unde sunt necoerente. O unda monocromatica perfecta poate fi privita ca un tren de unda infnit. Aceasta unda poate fi descompusa în doua componente perpen diculare pe directia de propagare, cu aceiasi frecventa ¸si cu faza relativa egala cu zero. Astfel, o unda monocromatica este totdeauna polarizata.

Polarizarea luminii se poate face prin mai multe metode: reflexie, cand planul de vibratie este perpendicular pe planul de incidenta refractie, cand planul de vibratie coincide cu planul de incidenta dubla refractie (birefringenta), in cazul cristalelor anizotrope, cand unei raze incidente ii corespund in general doua raze refractate: raza ordinara si raza extraordinara. Aceste raze sunt polarizate astfel: in raza ordinara oscilatiile vectorului electric au loc perpendicular pe planul sectiunii principale (planul ce conţine axa optica a cristalului şi raza incidenta), iar în cea extraordinara au loc in planul sectiunii principale.

Polarizori Un dispozitiv optic pe care cade lumina naturala si din care lumina iese polarizata poarta numele de polarizor. Daca se tine cont ca lumina naturala este reprezentata de doua unde necoerente iar dispozitivul permite doar trecerea unei singure unde, aparatul poarta numele de polarizor liniar. Obtinerea luminii polarizate se realizeaza în principal prin patru mecanisme fizice: dicroismul (sau absorbtia selectiva), refexia, împrastierea si birefringenta (dubla refractie). Obtinerea luminii liniar polarizate cu ajutorul unui polarizor

Retea de sârme paralele care actioneaza ca un polarizor pentru undele electromagnetice

Aplicatii ale polarizarii luminii Curs 17 Aplicatii ale polarizarii luminii

Polarizarea rotatorie este proprietatea unei anumite substante de a induce o rotatie a planului de polarizare pentru lumina liniar polarizata ce traverseaza substanta respectiva.

Aplicatie unghiul de rotatie al planului de polarizare α depinde de natura substantei optic active, de grosimea stratului strabatut d si de concentraţia lor ( c ) , după relatia lui Biot

Determinarea intensitatii campului magnetic Sunt unele substante inactive optic care devin active optic sub actiunea unui camp magnetic B paralel cu directia fascicolului luminos. S-a aratat ca unghiul de rotatie este proportional cu campul aplicat:

Legea lui Malus Determinarea birefringentei sticlei optice Anizotropia artificiala Determinarea eforturilor unitare in piese optice Determinarea grosimii prin masurarea diferentei de drum

Elipsometria Metoda optica Nedistructiva Precisa De mare sensibilitate Consta in determinarea modificarii starii de polarizare a undei incidente datorita reflexiei pe suprafata obiectului de studiu Se aplica in domeniul vizibil, car se poate extinde si in IR si UV

Elipsometru PCSA Componentele elipsometrului: Aplicatii: Polarizor Compensator Speciment Analizor Aplicatii: Determinarea filmelor subtiri Absorbtia gazelor Imbatranirea suprafetelor sticlelor Oxidarea metalelor Coroziunea

Birefringenta Birefringenta sau dubla refractie – pentru o valoare a proiectiei vectorului de unda pe o directie data vor exista doi vectori de unda posibili Separarea razelor extraordinara si ordinara ofera posibilitatea de a obtine lumina liniar polarizata

Birefringenta provocata Materiale optic izotrope devin birefringente sub actiunea unui camp electric sau magnetic Efectul Pockels longitudinal-camp electric paralel cu directia de propagare a luminii. Efectul Pockels transversal-camp electric perpendicular pe directia de propagare a fascicolului luminos. Efectul Kerr-camp electic aplicat unei substate lichide sau solide izotrope Efectul Cotton Mouton-camp magnetic

Celula Kerr

Birefringenta mecanica observarea campurilor tensiunilor interne intre polarizor si un analizor care sunt incrucisate se plaseaza un se obtine fenomenul de extinctie supunand materialul plastic unor constrangeri mecanice se constata ca pe ecran se obtine din nou lumina