دو قطبشگر عمود برهم نیز می‌توانند نور را عبور دهند!

اثر تیغه نیم موج بر روی نور قطبیده خطی

مقدمه:

موادی مانند بلورهای دوشکستی یا سلفون به خاطر شیوه ساخت آنها ضریب شکست‌های متفاوتی در راستاهای مختلف دارند. در صورتیکه یک نور قطبیده خطی به چنین محیطی تابیده شود، دو مؤلفه آن با دو سرعت مختلف منتشر می‌شوند و در نتیجه قطبش نور با عبور از آن تغییر می‌کند. دو نوری که با سرعت مختلفی منتشر می‌شوند، بر اساس اختلاف سرعت و طول مسیر دچار اختلاف فاز می‌شوند و بسته به میزان اختلاف فاز، قطبش تغییر می‌کند. مثلا اگر این قطعه به اندازه نصف طول موج اختلاف فاز ایجاد کند، آن‌ را تیغه نیم‌موج می‌گویند. اگر تیغه نیم‌موج را بین دو قطبشگر عمود برهم بگذاریم، نور از دو قطبشگر عبور می‌کند و پنجره‌ای که بدون تیغه تاریک بود، شفاف می‌شود. البته این اتفاق فقط در طول موج خاصی که تیغه برای آن ساخته شده پیش می‌آید. اگر تیغه نیم‌موج برای وسط ناحیه مرئی یعنی حدود ۵۵۰ نانومتر (رنگ زرد) طراحی شده باشد، می‌تواند روی کل نور سفید اثر بگذارد و وقتی بین دو قطبشگر عمود بر هم قرار گیرد، می‌تواند نور سفید را با تمام رنگ‌هایش عبور دهد. طلق سلفون معمول غالبا این ویژگی را دارد. علت این امر، تقارن طیف مرئی در دو طرف رنگ زرد است که باعث می‌شود مقادیر تقریبا مساوی از تمام رنگ‌ها عبور کند و در نتیجه با هم جمع شده و دوباره رنگ سفید را ایجاد می‌کنند. به چنین تیغه نیم‌موجی، تیغه نیم‌موج مرئی می‌گوییم.

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم، ضمن آشنایی با تیغه نیم­‌موج، اثرات آن را بر نور قطبیده‌ خطی مشاهده و بررسی ­­کنیم.

 

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

می‌خواهیم نور قطبیده را به یک تیغه نیم‌موج بتابانیم و تغییر جهت قطبش را توسط این قطعه اپتیکی به وسیله یک قطبشگر دیگر ارزیابی کنیم. برای این منظور به اقلام زیر نیاز داریم:

 

آزمایش:

  • مطابق شکل، ابتدا نور سفید را از قطبشگر اول عبور دهید.

  • سپس قطبشگر دوم را در مسیر نور خروجی (که قطبیده‌ی خطی است) قرار دهید و آن را به قدری بچرخانید که هیچ نوری در خروجی مشاهده نشود. در این حالت دو قطبشگر بر هم عمود هستند و خروجی تاریک گردیده است.
  • در همین حال تیغه نیم‌موج مرئی را میان دو قطبشگر قرار دهید. چون تیغه نیم‌موج برای نور مرئی (طول موج وسط طیف مرئی) است، خروجی را باز هم به رنگ سفید خواهید دید. (به علت تقارن طیف در دو طرف طول موج مرکزی، تمام طول موج های طیف به نسبت مساوی از تیغه عبور می‌کنند و در نتیجه نور عبوری باز هم به رنگ سفید دیده می‌شود).
  • حال قبل از قطبشگر اول، یک فیلتر رنگیقرار ‌دهید تا نور تقریبا تکرنگ شود و نتیجه را بررسی کنید.

 

آزمایش (پیشرفته‌تر):

در این آزمایش، سلفون مانند یک ماده شفاف ناهمسانگرد بین دو قطبشگر مورد استفاده قرار می‌گیرد و اثر ضخامت و انواع مختلف آن را در تغییر قطبش بررسی می‌کنیم.

  • ابتدا دو قطبشگر را عمود برهم و منبع نور سفید را در پشت آن‌ها قرار دهید.
  • سلفون را روی نگهدارنده نصب کرده و با چرخاندن آن بین دو قطبشگر ،تغییرات شدت نور را بررسی کنید.
  • حال مرحله قبل را با استفاده از دو لایه سلفون تکرار کرده و نتیجه را بررسی کنید.

اگر سلفون‌های معمول مانند یک لایه چسب نواری و یا یک لایه پوست بیسکویت را در نظر بگیریم، معمولاً برای طول موج وسط مرئی، این تیغه نیم‌موج قطبش اولیه را ۹۰ درجه می‌چرخاند و در نتیجه در محلی که سلفون در زاویه ۴۵ درجه نسبت به محورهای قطبشگر قرار گرفته، شدت نور زیادی خارج می‌شود بطوریکه گویی قطبشگرها عمود برهم نیستند. با دو برابر کردن ضخامت سلفون یعنی با افزودن یک لایه دیگر به سلفون قبلی، وضعیت تغییر می‌کند. چون همانطور که یک لایه سلفون، تیغه نیم‌موج را تداعی می‌کند ،دو لایه سلفون نیز مانند یک تیغه تمام موج عمل می‌کند. در نتیجه چنین حالتی وضعیت عبور را عوض می‌کند. علت دیدن رنگ‌های مختلف در ضخامت‌های مختلف سلفون کمی پیچیده است. اما فقط می‌توان گفت که برای یک لایه سلفون بین دو قطبشگر، شدت نور زیادی خارج می‌شود بطوریکه نور خروجی سفید و شفاف است ولی اگر دو لایه سلفون داشته باشیم،رنگ نور خروجی ارغوانی خواهد بود. به همین ترتیب اگر سه یا چهار یا … لایه و در نتیجه ضخامت‌های مختلفی داشته باشیم، رنگ نورهای خروجی متفاوت خواهد بود.

 

کاربرد:

  • بررسی همسانگرد بودن محیط‌های مختلف
  • تغییر قطبش نور برای عبور یا عدم عبور از یک پنجره
  • تست تنش در ظروف شیشه‌ای

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • آیا می‌توانید ارتباطی بین تعداد لایه‌های سلفون و رنگ ایجاد شده برقرار کنید؟
  • سلفون‌های مختلف را بررسی کرده و ببینید که آیا تفاوتی بین آن‌ها وجود دارد یا خیر؟
  • اگر به جای سلفون شیشه شفافی را استفاده کنیم، تغییری در شدت نور خروجی ایجاد نشده و نوری خارج نمی‌شود. در چه حالت دیگری ممکن است که چنین حالتی ایجاد شود؟
  • می‌توانید ظروف شیشه‌ای مثل لیوان را بین دو قطبشگر عمود بر هم امتحان کنید. از این پدیده برای تست تنش در ظروف استفاده می‌شود.
  • پلاروید دوم را بچرخانید. آیا حالتی وجود دارد که هیچ نوری عبور نکند؟ چرا؟
  • چرا خروجی پس از قرار دادن تیغه‌ نیم موج تاریک نیست؟
  • پلارویدها را بر هم عمود کنید و تیغه‌ی نیم موج را بچرخانید. آیا حالت تاریک وجود دارد؟ چند حالت تاریک؟ چرا؟

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با