Туйлшсан гэрлийг хэн анх нээсэн болохыг ялгахад бэрх. Эртний хүмүүс тэнгэрийг тодорхой чиглэлд харахад өвөрмөц толбыг анзаардаг байв. Туйлшрал нь олон содон шинж чанартай, амьдралын янз бүрийн салбарт илэрдэг бөгөөд өнөөдөр энэ нь олон нийтийн судалгаа, хэрэглээний сэдэв болж байгаа бөгөөд бүх зүйлийн шалтгаан нь Малусын хууль юм.
Туйлшсан гэрлийн нээлт
Викингүүд навигац хийхдээ тэнгэрийн туйлшралыг ашигласан байж магадгүй. Үгүй байсан ч тэд Исланд болон гайхалтай кальцит чулууг олсон нь гарцаагүй. Исландын шп (кальцит) нь тэдний цаг үед ч мэдэгдэж байсан бөгөөд энэ нь Исландын оршин суугчидтай холбоотой юм. Ашигт малтмалын өвөрмөц оптик шинж чанараараа нэг удаа навигацид ашиглагдаж байсан. Энэ нь туйлшралын орчин үеийн нээлтэд томоохон үүрэг гүйцэтгэсэн бөгөөд гэрлийн туйлшралын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг салгахад хамгийн тохиромжтой материал хэвээр байна.
1669 онд Копенгагены их сургуулийн Данийн математикч Эразмус Бартолинус давхар гэрлийг хараад зогсохгүй зарим туршилт хийж, 60 хуудас дурсамж бичжээ. Энэ болЭнэ нь туйлшралын эффектийн шинжлэх ухааны анхны тайлбар байсан бөгөөд зохиогчийг гэрлийн энэхүү гайхалтай шинж чанарыг нээсэн гэж үзэж болно.
Кристиан Гюйгенс гэрлийн импульсийн долгионы онолыг хөгжүүлж, 1690 онд алдарт Traite de la Lumiere номондоо нийтлүүлсэн. Үүний зэрэгцээ Исаак Ньютон "Оптик" (1704) номондоо гэрлийн корпускуляр онолыг дэвшүүлсэн. Эцсийн эцэст гэрэл нь хоёрдмол шинж чанартай (долгион ба бөөмс) тул хоёулаа зөв, буруу байсан. Гэсэн хэдий ч Гюйгенс үйл явцын талаарх орчин үеийн ойлголтод илүү ойр байсан.
1801 онд Томас Янг алдартай давхар ангархай интерференцийн туршилтыг хийжээ. Гэрэл долгион шиг ажилладаг бөгөөд долгионы давхцал нь харанхуйд хүргэдэг (сүйтгэх хөндлөнгийн оролцоо) гэдгийг баталсан. Тэрээр Ньютоны цагираг, ер бусын солонго нум гэх мэт зүйлсийг тайлбарлахын тулд онолоо ашигласан. Хэдэн жилийн дараа Юнг туйлшрал нь гэрлийн хөндлөн долгионы шинж чанараас шалтгаалдаг болохыг харуулснаар шинжлэх ухаанд нээлт болов.
Залуу Этьен Луи Малус үймээн самуунтай эрин үед буюу Францын хувьсгал ба терроризмын засаглалын үед амьдарч байжээ. Тэрээр Наполеоны армитай хамт Египет, түүнчлэн Палестин, Сирийг довтлоход оролцож, хэдэн жилийн дараа түүнийг үхэлд хүргэсэн тахлаар өвчилсөн. Гэвч тэрээр туйлшралыг ойлгоход чухал хувь нэмэр оруулж чадсан. Туйлшруулагчаар дамжих гэрлийн эрчмийг урьдчилан таамагласан Малусын хууль нь 21-р зуунд шингэн болор дэлгэц бүтээхэд хамгийн алдартай болсон.
Сэр Дэвид Брюстер, нэрт шинжлэх ухааны зохиолч, дихризм, спектр зэрэг оптик физикийн хичээлүүдийг судалжээ.шингээлт, түүнчлэн стерео гэрэл зураг гэх мэт илүү алдартай сэдэв. Брюстерийн "Шилнээс бусад бүх зүйл тунгалаг" гэсэн алдартай хэллэг байдаг.
Тэр бас гэрлийн судалгаанд үнэлж баршгүй хувь нэмэр оруулсан:
- "Туйлшралын өнцөг"-ийг тодорхойлсон хууль.
- Калейдоскопын шинэ бүтээл.
Брюстер Малусын олон эрдэнийн чулуу болон бусад материалын туршилтыг давтаж, шилэн доторх гажиг илрүүлж, "Брюстерийн өнцөг" хэмээх хуулийг нээсэн. Түүний хэлснээр, “…цацраг туйлшрах үед ойсон туяа хугарсан цацрагтай тэгш өнцөг үүсгэнэ.”
Малусын туйлшралын хууль
Бид туйлшралын тухай ярихаасаа өмнө эхлээд гэрлийн тухай санах хэрэгтэй. Гэрэл бол долгион боловч заримдаа бөөмс байдаг. Гэхдээ ямар ч тохиолдолд гэрлийг дэнлүүгээс нүд рүү дамждаг долгион, шугам гэж үзвэл туйлшрал нь утга учиртай болно. Ихэнх гэрэл нь бүх чиглэлд чичирдэг гэрлийн долгионы холимог замбараагүй байдал юм. Энэ хэлбэлзлийн чиглэлийг гэрлийн туйлшрал гэж нэрлэдэг. Энэ эмх замбараагүй байдлыг цэвэрлэдэг төхөөрөмж бол туйлшруулагч юм. Энэ нь гэрлийг холих бүх зүйлийг хүлээн авдаг бөгөөд зөвхөн нэг чиглэлд хэлбэлздэг гэрлийг дамжуулдаг.
Малусын хуулийн томъёолол нь: анализатор дээр бүрэн хавтгай туйлширсан гэрэл тусахад анализаторын дамжуулж буй гэрлийн эрч хүч нь анализаторын дамжуулах тэнхлэг болон тэнхлэг хоорондын өнцгийн косинусын квадраттай шууд пропорциональ байна. туйлшруулагч.
Хөндлөн цахилгаан соронзон долгион нь цахилгаан ба соронзон орны аль алиныг агуулдаг бөгөөд гэрлийн долгион дахь цахилгаан орон нь гэрлийн долгионы тархалтын чиглэлд перпендикуляр байдаг. Гэрлийн чичиргээний чиглэл нь цахилгаан вектор E.
Энгийн туйлшралгүй цацрагийн хувьд гэрлийг полароидоор дамжуулах үед цахилгаан вектор чиглэлээ санамсаргүй байдлаар өөрчилдөг бөгөөд үүссэн гэрэл нь цахилгаан вектор нь тодорхой чиглэлд чичирдэг хавтгай туйлшрал юм. Гарч буй цацрагийн векторын чиглэл нь туйлын чиглэлээс хамаарах ба туйлшралын хавтгай нь Е вектор болон гэрлийн цацрагийг агуулсан хавтгай хэлбэрээр бүтээгдсэн.
Доорх зурагт босоо вектор EI ба хэвтээ вектор EII-ийн улмаас хавтгай туйлширсан гэрлийг харуулж байна.
Туйлшаагүй гэрэл нь Полароид Р 1, дараа нь Полароид Р 2 дамжин өнгөрч, y тэнхлэгтэй θ өнцөг үүсгэнэ. X чиглэлийн дагуу тархаж буй гэрэл Polaroid P 1-ээр дамжин өнгөрсний дараа туйлширсан гэрэлтэй холбоотой цахилгаан вектор зөвхөн у тэнхлэгийн дагуу чичирнэ.
Одоо бид энэ туйлширсан цацрагийг дахин туйлширсан P 2-оор дамжуулж, y тэнхлэгтэй θ өнцөг үүсгэвэл, E 0 нь P 2 дээрх туссан цахилгаан орны далайц бол түүний далайц болно. P 2-аас гарах долгион нь E 0 cosθ-тэй тэнцүү байх тул гарч ирж буй цацрагийн эрчим нь Малусын хуулийн дагуу (томъёо) I=I 0 cos 2 θ
байх болно.
энд I 0 нь θ=0 үед P 2-оос гарч буй цацрагийн эрчим юм.θ нь анализатор ба туйлшруулагчийн дамжуулах хавтгай хоорондын өнцөг юм.
Гэрлийн эрчмийг тооцоолох жишээ
Малусын хууль: I 1=I o cos 2 (q);
энд q нь гэрлийн туйлшралын чиглэл ба туйлшруулагч дамжуулах тэнхлэгийн хоорондох өнцөг юм.
I o=16 Вт/м 2 эрчимтэй туйлшаагүй гэрэл хос туйлшруулагч дээр тусна. Эхний туйлшруулагч нь босоо тэнхлэгээс 50 градусын зайд зэрэгцүүлсэн дамжуулах тэнхлэгтэй. Хоёрдахь туйлшруулагч нь дамжуулах тэнхлэгийг босоо тэнхлэгээс 20o зайд байрлуулна.
Эхний туйлшруулагчаас гэрэл гарч ирэх үед хэр хүчтэй болохыг тооцоолсноор Малусын хуулийн туршилтыг хийж болно:
4 Вт/м 2
16 cos 2 50o
8 Вт/м 2
12 Вт/м 2
Гэрэл туйлширдаггүй тул I 1=1/2 I o=8 Вт/м 2.
Хоёр дахь туйлшруулагчийн гэрлийн эрчим:
I 2=4 Вт/м 2
I 2=8 cos 2 20 o
I 2=6 Вт/м 2
Малусын хуулийг дагаж мөрддөг бөгөөд түүний томъёолол нь гэрэл анхны туйлшруулагчаас гарахад 50o-д шугаман туйлширдагийг баталж байна. Энэ болон хоёр дахь туйлшруулагчийн дамжуулах тэнхлэг хоорондын өнцөг нь 30 градус байна. Тиймээс:
I 2=I 1 cos 2 30o=83/4 =6 Вт/м 2.
Одоо 16 Вт/м 2 эрчимтэй гэрлийн цацрагийн шугаман туйлшрал нь ижил хос туйлшруулагч дээр бууж байна. Ирж буй гэрлийн туйлшралын чиглэл нь босоо тэнхлэгээс 20o байна.
Нэг ба хоёр дахь туйлшруулагчаас гарах гэрлийн эрчим. Туйлшруулагч бүрээр дамжин өнгөрөхөд эрчим нь 3/4 дахин буурдаг. Эхний туйлшруулагчийг орхисны дарааэрчим нь 163/4 =12 Вт/м2 бөгөөд хоёр дахь удаагаа өнгөрсний дараа 123/4 =9 Вт/м2 болж буурна.
Малузын туйлшралын хууль нь гэрлийг нэг туйлшралаас нөгөөд шилжүүлэхийн тулд илүү олон туйлшруулагч ашиглах замаар эрчмийн алдагдлыг бууруулдаг гэж хэлдэг.
Та туйлшралын чиглэлийг 90o эргүүлэх хэрэгтэй гэж бодъё.
| N, туйлшруулагчийн тоо | Дараалсан туйлшруулагчдын хоорондох өнцөг | Би 1 / би o |
| 1 | 90 o | 0 |
| 2 | 45 o | 1/2 x 1/2=1/4 |
| 3 | 30 o | 3/4 x 3/4 x 3/4=27/64 |
| N | 90 / N | [учир нь 2 (90 o / N)] N |
Брюстерийн тусгалын өнцгийн тооцоо
Газар дээр гэрэл тусах үед гэрлийн зарим хэсэг нь ойж, зарим нь нэвтэрдэг (хугардаг). Энэхүү тусгал, хугарлын харьцангуй хэмжээ нь гэрлээр дамжин өнгөрөх бодис, түүнчлэн гэрэл гадаргуу дээр тусах өнцөгөөс хамаарна. Гэрлийг аль болох хугалах (нэвчүүлэх) бодисуудаас хамааран оновчтой өнцөг байдаг. Энэ оновчтой өнцгийг Шотландын физикч Дэвид Брюстерийн өнцөг гэж нэрлэдэг.
Өнцөгийг тооцоолЭнгийн туйлширсан цагаан гэрлийн Brewster-ийг дараах томъёогоор үйлдвэрлэдэг:
тета=арктан (n1 / n2), Энд тета нь Брюстерийн өнцөг, n1 ба n2 нь хоёр мэдээллийн хэрэгслийн хугарлын индекс юм.
Шилэн гэрлийг хамгийн их нэвтрүүлэх өнцгийг тооцоолохын тулд - хугарлын илтгэгчийн хүснэгтээс бид агаарын хугарлын илтгэгч 1.00, шилний хугарлын илтгэгч 1.50 болохыг олж мэдэв.
Брюстерийн өнцөг нь арктан (1.50 / 1.00)=арктан (1.50)=56 градус (ойролцоогоор).
Ус нэвтрүүлэх хамгийн сайн гэрлийн өнцгийг тооцоолох. Хугарлын индексийн хүснэгтээс агаарын хугарлын илтгэгч 1.00, усны хугарлын илтгэгч 1.33 байна.
Брюстерийн өнцөг нь арктан (1.33 / 1.00)=арктан (1.33)=53 градус (ойролцоогоор).
Туйлшсан гэрлийн хэрэглээ
Энгийн энгийн хүн туйлшруулагчийг дэлхий дээр хэр эрчимтэй ашиглаж байгааг төсөөлж ч чадахгүй. Малусын хуулийн гэрлийн туйлшрал биднийг хаа сайгүй хүрээлдэг. Жишээлбэл, Polaroid нарны шил, камерын линзний тусгай туйлшруулагч шүүлтүүр ашиглах гэх мэт алдартай зүйлс. Төрөл бүрийн шинжлэх ухааны багаж хэрэгсэл нь лазер эсвэл туйлширсан улайсгасан чийдэн болон флюресцент эх үүсвэрээс ялгарах туйлширсан гэрлийг ашигладаг.
Туйлшруулагчийг заримдаа өрөөний болон тайзны гэрэлтүүлэгт гялбааг багасгаж, илүү жигд гэрэлтүүлэх, 3D кинонд харагдахуйц гүний мэдрэмжийг өгөхийн тулд нүдний шил болгон ашигладаг. Бүр туйлшруулагчийг давсанСансрын нисгэгчийн унтаж байх үед нүд рүү орох гэрлийн хэмжээг эрс багасгахын тулд сансрын хувцас өмсдөг.
Байгалийн оптикийн нууц
Яагаад цэнхэр тэнгэр, улаан нар жаргах, цагаан үүл гэж? Эдгээр асуултыг хүн бүр бага наснаасаа мэддэг. Малус болон Брюстерийн хуулиудад эдгээр байгалийн нөлөөллийн тайлбарыг өгдөг. Манай тэнгэр нарны ачаар үнэхээр өнгөлөг болсон. Түүний тод цагаан гэрэл нь улаан, улбар шар, шар, ногоон, хөх, индиго, нил ягаан зэрэг солонгын бүх өнгийг агуулдаг. Тодорхой нөхцөлд хүн солонго, нар жаргах, эсвэл саарал оройтой уулздаг. Нарны гэрлийн "тархалт"-аас болж тэнгэр цэнхэр өнгөтэй байна. Цэнхэр өнгө нь бусад өнгөнөөс богино долгионы урттай, илүү их энергитэй.
Үүний үр дүнд цэнхэр өнгө нь агаарын молекулуудад сонгомол шингэж, дараа нь бүх чиглэлд дахин ялгардаг. Бусад өнгө нь бага тархсан тул ихэвчлэн харагдахгүй. Үд дундын нар хөх өнгийг нь шингээж аваад шар өнгөтэй болдог. Нар мандах эсвэл жаргах үед нарны гэрэл бага өнцгөөр орж, агаар мандлын том зузааныг дамжин өнгөрөх ёстой. Үүний үр дүнд цэнхэр өнгө сайтар тараагдаж, ихэнх хэсэг нь агаарт бүрэн шингэж, бусад өнгө, ялангуяа улбар шар, улаан өнгийг алдаж, сарниулж, гайхалтай өнгөний давхрага үүсгэдэг.
Нарны гэрлийн өнгө нь өвс ногоон эсвэл оюу далай гэлтгүй дэлхий дээрх бидний дуртай бүх өнгийг хариуцдаг. Объект бүрийн гадаргуу нь тусгахын тулд тодорхой өнгийг сонгодогөөрийгөө ялгах. Үүл нь ихэвчлэн гялалзсан цагаан өнгөтэй байдаг, учир нь тэдгээр нь ямар ч өнгөт сайн цацруулагч эсвэл сарниулагч юм. Буцаагдсан бүх өнгийг төвийг сахисан цагаан өнгөтэй болгоно. Зарим материал нь сүү, шохой, элсэн чихэр зэрэг бүх өнгийг жигд тусгадаг.
Одон орон судлал дахь туйлшралын мэдрэмжийн ач холбогдол
Удаан хугацаанд одон орон судлал дахь туйлшралын нөлөөг Малусын хуулийг судалж үзээгүй. Оддын гэрэл нь бараг бүрэн туйлшралгүй бөгөөд үүнийг стандарт болгон ашиглаж болно. Одон орон судлалд туйлширсан гэрэл байгаа нь гэрэл хэрхэн үүссэнийг хэлж чадна. Зарим суперновагийн хувьд ялгарах гэрэл нь туйлшралгүй байдаг. Оддын харж буй хэсгээс хамааран өөр туйлшралыг харж болно.
Мананцарын өөр өөр бүс нутгаас ирж буй гэрлийн туйлшралын талаарх энэхүү мэдээлэл нь судлаачдад сүүдэрт одны байршлын талаархи ойлголтыг өгч магадгүй юм.
Бусад тохиолдолд туйлширсан гэрэл байгаа нь үл үзэгдэх галактикийн бүх хэсгийн талаарх мэдээллийг илчлэх боломжтой. Одон орон судлалд туйлшралд мэдрэмтгий хэмжилтийн өөр нэг хэрэглээ бол соронзон орон байгаа эсэхийг илрүүлэх явдал юм. Эрдэмтэд нарны титэмээс ялгарах маш тодорхой өнгөт гэрлийн дугуй туйлшралыг судалснаар эдгээр газруудын соронзон орны хүч чадлын талаарх мэдээллийг олж илрүүлжээ.
Оптик микроскоп
Туйлшсан гэрлийн микроскоп нь нүдэнд харагдахуйц сорьцыг ажиглаж, гэрэл зураг авахад зориулагдсан.тэдгээрийн оптик анизотроп шинж чанар. Анизотроп материалууд нь тэдгээрээр дамжин өнгөрөх гэрлийн тархалтын чиглэлд өөрчлөгддөг оптик шинж чанартай байдаг. Энэ даалгаврыг биелүүлэхийн тулд микроскоп нь дээжийн урд талын гэрлийн замд байрлуулсан туйлшруулагч, объектив арын нүх ба харах хоолой эсвэл камерын портын хоорондох оптик замд байрлуулсан анализатор (хоёр дахь туйлшруулагч) -аар тоноглогдсон байх ёстой..
Биоанагаах ухаанд туйлшралын хэрэглээ
Өнөөдрийн энэ түгээмэл хандлага нь бидний биед оптик идэвхтэй олон нэгдлүүд байдаг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь дамжин өнгөрөх гэрлийн туйлшралыг эргүүлж чаддагт үндэслэсэн байдаг. Төрөл бүрийн оптик идэвхтэй нэгдлүүд нь гэрлийн туйлшралыг өөр өөр хэмжээ, өөр чиглэлд эргүүлж чаддаг.
Зарим оптик идэвхтэй химийн бодисууд нүдний өвчний эхний үе шатанд өндөр концентрацитай байдаг. Эмч нар энэ мэдлэгийг ирээдүйд нүдний өвчнийг оношлоход ашиглах боломжтой. Эмч өвчтөний нүд рүү туйлширсан гэрлийн эх үүсвэрийг тусгаж, торлог бүрхэвчээс туссан гэрлийн туйлшралыг хэмждэг гэж төсөөлж болно. Нүдний өвчнийг илрүүлэх инвазив бус арга болгон ашигладаг.
Орчин үеийн бэлэг - LCD дэлгэц
Хэрэв та LCD дэлгэцийг сайтар ажиглавал зураг нь сүлжээнд байрлуулсан өнгөт дөрвөлжингийн том массив болохыг анзаарах болно. Тэднээс Малусын хуулийн хэрэгжилтийг олж,квадрат эсвэл пиксел бүр өөрийн гэсэн өнгөтэй байх нөхцлийг бүрдүүлсэн процессын физик. Энэ өнгө нь улаан, ногоон, цэнхэр гэрлийн эрч хүч тус бүрийн хослол юм. Эдгээр үндсэн өнгө нь хүний нүд харж чадах ямар ч өнгийг гаргаж чаддаг, учир нь бидний нүд трихроматик байдаг.
Өөрөөр хэлбэл, тэдгээр нь гурван өнгөний суваг тус бүрийн эрчимийг шинжлэн гэрлийн тодорхой долгионы уртыг ойролцоогоор гаргадаг.
Дэлгэц нь рецептор тус бүрийг сонгон чиглэсэн гурван долгионы уртыг харуулах замаар энэ дутагдлыг ашигладаг. Шингэн болор фаз нь үндсэн төлөвт оршдог бөгөөд молекулууд нь давхаргаар чиглэгддэг ба дараагийн давхарга бүр бага зэрэг мушгиж мушгиа хэлбэртэй байдаг.
7-segment LCD дэлгэц:
- Эерэг электрод.
- Сөрөг электрод.
- Туйлшруулагч 2.
- Дэлгэц.
- Туйлшруулагч 1.
- Шингэн болор.
Энд LCD нь электродоор тоноглогдсон хоёр шилэн хавтангийн хооронд байрладаг. Шингэн талст гэж нэрлэгддэг "эрчилсэн молекул" бүхий ил тод химийн нэгдлүүдийн LCD дэлгэц. Зарим химийн бодисын оптик идэвхжилтийн үзэгдэл нь туйлширсан гэрлийн хавтгайг эргүүлэх чадвартай холбоотой юм.
Stereopsis 3D кинонууд
Туйлшрал нь хүний тархинд хоёр зургийн ялгааг шинжлэн 3D-г хуурамчаар гаргах боломжийг олгодог. Хүн 3D-ээр харж чадахгүй, харин бидний нүд зөвхөн 2D-ээр хардаг. Зураг. Гэсэн хэдий ч бидний тархи нүд бүрийн харж буй зүйлийн ялгааг шинжлэх замаар объектууд хэр хол байгааг ойлгох боломжтой. Энэ процессыг Stereopsis гэж нэрлэдэг.
Бидний тархи зөвхөн псевдо-3D-г л харж чаддаг тул кино бүтээгчид энэ процессыг ашиглан голограмм ашиглахгүйгээр гурван хэмжээст хуурмаг байдлыг бий болгож чадна. Бүх 3D кинонууд нь нүд тус бүрт нэг нэгийг хоёр зураг хүргэх замаар ажилладаг. 1950-иад он гэхэд туйлшрал нь дүрсийг салгах гол арга болжээ. Театрууд линз тус бүр дээр шугаман туйлшруулагчтай хоёр проекторыг зэрэг ажиллуулж эхэлсэн.
Одоогийн үеийн 3D киноны хувьд технологи нь чиг баримжаа олгох асуудлыг шийддэг дугуй туйлшралд шилжсэн. Энэ технологийг одоогоор RealD үйлдвэрлэж байгаа бөгөөд 3D зах зээлийн 90%-ийг эзэлдэг. RealD нь цагийн зүүний дагуу болон эсрэг туйлшралын хооронд маш хурдан шилждэг дугуй шүүлтүүр гаргасан тул хоёр проекторын оронд зөвхөн нэг проектор ашигладаг.
