Мавзу: Ёруғлик дифракцияси. Ёруғликнинг қутбланиши

Мавзу: Ёруғлик дифракцияси. Ёруғликнинг қутбланиши.
Режа.

1. 
   Ёруғлик дифракция ҳодисаси.
   
2. 
   Френель дифракцияси.
   
3. 
   Фраунгофер дифракцияси.
   
4. 
   Дифракцион панжара.
   
5. 
   Табиий ва қутбланган ёруғлик.
   
6. 
   Ёруғликни қутбланиши.
   
7. 
   Малюс қонуни.
   

Дифракция лотинча «difraksis» cўзидан олинган бўлиб, айланиб ўтиш деган маънони англатади. Тўлқинларнинг ўз йўлидан ураган тўсиқларни айланиб ўтиш ҳодисаси, яъни уларнинг тўғри чизиқли тарқалишидан оғиши-тўлқин дифракцияси дейилади. Ёруғлик дифракциясини кузатиш учун махсус шароитлар яратиш керак, бу ҳодиса тусиқнинг ўлчови билан тўлқин узунлиги орасидаги муносабатга боғлиқ.
Ё руғликнинг S манбаидан чиқаётган мoнохраматик нурлар дастаси АВ думалоқ тешикли тирқишдан ўтказилса МN экранда ab ёруғ доғ ҳосил бўлади.

Расм
АВ тирқишни кичрайтириб борилса, ab доғ ҳам кичрайиб бориб, тирқишни бирор ўлчамидан бошлаб у кичраймай, балки катталашиб боради. Доғда навбатма-навбат келадиган ёруғ ва қора ҳалқалар кўринишидаги йўллар пайдо бўлади. Бу эса ёруғлик нурининг АВ тирқиш чеккаларида эгилишидан келиб чиқади. Ёруғликнинг бундай бурилиб соя соҳага ўтиши ёруғлик дифракцияси дейилиб экранда ҳосил бўлган манзара дифрацион манзара дейилади.

Ё руғликнинг йўлига жойлаштирилган шаффоф бўлмаган буюмлар (тўсиқлар) ҳам дифракцияни юзага келтиради. Масалан: ёруғлик нурларининг тор дастаси йўлига ингичка тўсиқ (игна, соч толаси, киприк) қўйсак, экранда бир қатор ёруғ ва қора йўллар ҳосил бўлади. Агар бунда оқ ёруғликдан фойдаланилса дифракцион манзара камалак рангида бўлади. Ёруғлик тўлқинлари йўлида ўлчамлари ёруғлик тўлқинининг узунлиги (0,8÷0,4 микронгача) га тенг келадиган жисм ёки тирқишлар турган бўлса, ёруғлик дифрацияси кузатилади.
Дифракцион ҳодисалар икки синфга бўлинади:

1. 
   Френель дифракцияси.
   
2. 
   Фраунгофер дифракцияси.
   

Т ўсиққа тушаётган ёруғлик тўлқинининг фронти сферадан иборат бўлган ва кузатиш нуқтаси чекли масофада жойлашган ҳолдаги дифракция- Френель дифракцияси деб аталади. Тўсиққа тушаётган нурлар параллел дастани ҳосил қилган ва дифракцион манзара чексизликда мужассамлашган ҳолдаги дифракция- Фраунгофер дифракцияси деб аталади.Дифракция ҳодисасини кузатиш учун қўлланадиган қуроллардан бири- дифракцион панжарадир. Дифракцион панжара деганда бир биридан В узоқликда жойлашган бир хил a кенгликдаги тирқишлар тўпламидан иборат оптик асбоб тушунилади. Одатда дифракцион панжарани шаффоф шиша пластинкани махсус машина ёрдамида тирнаб, бир-бирига параллел бўлган энсиз ариқчалар ҳосил қиладиган қилиб ясалади. Шиша пластинканинг тирналган қисмлари ( эни-b бўлган ариқчалар) ёруғлик нурлари учун шаффофмас бўлади. Ариқчалар оралиғидаги қисмлар (кенглиги a га тенг бўлган шаффоф тўсиқлар ) ёруғлик нурлари учун тирқишлар вазифасини бажаради. Қўшни тирқишларнинг мос нуқталари орасидаги масофа
l=a+b (1)
дифракцион панжара доимийси ёки даври деб аталади. Қалин тароқ, қуш пати киприкларни дифракцион панжара деб қаралса бўлади.
Дифракцион панжарага ясси монохроматик ёруғлик тушаётган бўлсин.
Кузатиш бурчаги φ нинг қиймати
asinφ=2кλ/2 (1)
К=0,1,2,… шартни қаноатлантирса, бу ҳолда хар бири алоҳида тирқишдан φ бурчак остида чиқаётган нурлар экраннинг А нуқтасида интерференцияланиши натижасида қоронғилик (ёруғлик интенсивлигини минимуми) кузатилади. Бунинг натижасида дифракцион панжара туфайли вужудга келадиган дифракцион манзарадаги бу минимумлар асосий минимумлар деб аталади.
Агар φ нинг қиймати
lsinφ=(2к+1)λ/2 (2)
К=0,1,2,… шартни қаноатлантирса, бу ҳолда ёруғлик нурларини интерференцияланиши натижасидан ёруғлик интенсивлигини максимуми кузатилади. Бу максимумлар асосий максимумлар деб аталади.
Ё руғлик нурлари тулқин узунликлари (0,4 дан 0,75) 10^-6м бўлган электромагнит тебранишларнинг тарқалиш йўналишидир. Ёруғлик манбаидан тарқалаётган ёруғлик нурлари деганда шу манбанинг атомларидан чиқаётган ёруғлик тўлқинларининг аралашмаси тушунилади. Агар бу электромагнит тўлқинлар ичидан ихтиёрий биттасини ажратсак, уни нур йўналишига перпендикуляр ҳамда ўзаро перпендикуляр бўлган Е ва Н векторларнинг тебранишлари сифатида тасаввур қилинса, бунда Е- вектор тебранадиган текисликни тебраниш текислиги ва Н вектор тебранадиган текисликни қутбланиш текислиги деб аталади.
Л
a-расм

б-расм
екин электромагнит тўлқини фақат Е векторнинг тебранишлар сифатида акс эттирилади. Яъни,Е векторларнинг тебранишлари фақат битта текисликда содир бўладиган ёруғлик тўлқинлар ясси қутбланган ёруғлик деб аталади.
Т
в-расм
абиий ёруғлик манбаидаги турли атомлар нурлантираётган тўлқинларнинг Е-вектори турлича йўналишга эга бўлиб, Е барча йўналишлар учун тенг кучлидир. Табиий ёруғлик қутбланмаган ёруғлик бўлиб, уни барча йўналишдаги ясси қутбланган ёруғликнинг аралашмаси деб қараш мумкин.
А гар ёруғлик таркибида бирор йўналишдаги тебранишлар бошқа йўналишлардаги тебранишларга қараганда кўпроқ бўлса, қисман қутбланган ёруғлик бўлади.
Қ исман қутбланган ёруғликни табиат ва ясси қутбланган ёруғликнинг аралашмаси деб қаралади.
Т абиий ёруғлик манбаидан тарқалаётган ёруғлик қутбланмаган бўлади, яъни нурга перпендикуляр барча йўналишлардаги тебранишлар мавжуд бўлади. Табиий ёруғлик таркибидаги баъзи йўналишлар бўйича содир бўлувчи тебранишларни сусайтириш ҳаттоки мутлоқ йўқотиш мумкин.
Табиий ёруғлик нури икки муҳит чегарасига келиб тушса, у қайтади (1’), нур қисман синади (1’’-нур) бўлиб, қайтган нур тўла қутбланган, синган нур эса қисман қутбланган бўлади.
Ё руғликнинг синиш қонунига асосан:
n_2,1=sin i / sin r (3)
бўлиб, i+r= /2 бўлганидан
n_2,1= sin i / sin r = sin i / sin ( /2-i) = sin i / cos i= tg i (4)
га тенг бўлади.
Бу муносабатни Брюстер қонуни деб, i-бурчакни эса Брюстер бурчаги (тўла қутбланиш бурчаги) деб юритилади. Масалан: шиша учун (n=1,53) бўлиб, Брюстер бурчаги (i=56⁰)га тенг. Бундан табиий ёруғлик нури шиша пластинкага 56⁰ бурчак остида туширилса, қайтган нур тўла қутбланган бўлади.
А гар табиий ёруғлик анизотроп кристаллдан ўтказилса, у кристаллда синиб иккига ажралади (АВ ва АС). Бу нурлар кристаллдан чиққач, е ва О нур кўринишида давом этади.
Бунда е-нур оддий нур о-нур эса ғайриоддий нур деб аталади. Е-нур қисман қутбланган ,о-нур тўла қутбланган нур бўлади.
Табиий ёруғликдан қутбланган ёруғлик олиш учун ишлатиладиган қурилмалар – поляризаторлар деб аталади.
Т ушаётган ёруғлик нури билан Брюстер бурчаги ҳосил қиладиган тарзда жойлаштирилган диэлектирикнинг ясси сиртидан поляризатор сифатида фойдаланиш мумкин. Бундай шароитда қайтган нур тўлиқ қутбланган (о-нур), синган нур ( е-нур) қисман қутбланган бўлади.
?
Ф ранцуз олими Николь томонидан таклиф этилган поляризатар исланд шпатидан тайёрланган иккита (АВД ва ВДС) призмасидан иборат бўлиб, улар канада бальзами билан елимланади. Николь призмасидан фақат ғайриоддий нур ўтади, бу нур қисман қутблангандир. Оддий нур эса (о-нур) призмадан қайтиб, тўла қутбланган нур ҳосил қилади.
Поляризатор сифатида поляроидлардан ҳам фойдаланилади. Поляроид – юпқа целлулоид плёнкасидан иборат бўлиб, унга герапатитнинг ингичка кристалчалари киритилган бўлади. Герапатит дихроизм хусусияти жуда кучли бўлган жисмдир. Герапатитнинг 0,1 мм. қалинликдаги плёнкасида оддий тамоман ютилади. Ҳозирги вақтда поляроид плёнкалар кенг ленталар шаклида тайёрланмоқда.
Поляризаторлардан фақат қутбланган ёруғлик олиш мақсадидагина эмас, балки нурни қутбланган ёки қутбланмаган эканлигини ва қутбланган нурнинг тебраниш текислигини анқлаш учун ҳам фойдаланиш мумкин. Шундай мақсадда ишлатиладиган поляризатор-анализатор деб аталади.
Поляризатор вазифасини ўтаётган турмалин пластинкага перпендикуляр равишда табиий нур тушаётган бўлсин. Поляризатордан ўтган нур ясси қутбланган бўлиб, унинг йўлига иккинчи турмалин пластинкасини жойлаштирилса, у анализатор (А) вазифасини бажаради. П- поляризатор А-анализатор. Тажрибани кўрсатишича, П ва А нинг оптик ўқларининг йўналишлари ўзаро параллел бўлса (а-ҳолат) П дан ўтган ёруғликни А тўлиқ ўтказмайди, яъни I=I₀ бўлади.
Агар П ва А нинг оптик ўқлари ўзаро перпендикуляр бўлса ( б-ҳолат) А дан ёруғлик мутлоқ ўтмайди, яъни I=0 бўлади.
Агар 0<α<π/2 бўлса анализатордан ўтган ёруғлик интенсивлиги 0₀ бўлади.
М
а-расм

б-расм

в-расм
алюс қонунига асосан, анализатордан ўтган ёруғлик интенсивлиги анализатор ( А) ва поляризатор (П) нинг оптик ўқлари орасидаги бурчак косинусининг квадратига пропорционалдир, яъни
I = I₀cos² α (5)
бўлиб, бу ифода Малюс қонунининг формуласидир.
бунда: I- Поляризатордан ўтган ёруғлик интенсивлиги.
I₀- Анализатордан ўтган ёруғлик интенсивлиги,
Назорат саволлари.

1. 
   Дифракция нима?
   
2. 
   Ёруғлик дифракцияси қандай хосил бўлади?
   
3. 
   Френель дифракциясини изоҳланг?
   
4. 
   Фраунгофер дифракциясини изоҳланг?
   
5. 
   Дифракцион панжара нима?
   
6. 
   Ёруғликни қутубланиш ҳодисасини тушунтиринг?
   
7. 
   Брюстер бурчагини изоҳланг?
   
8. 
   Поляризатор нима?
   
9. 
   Николь призмасини изоҳланг?
   
10. 
    Анализатор нима?
    
11. 
    Малюс қонунини изоҳланг?