عینک پلاروید چطور کار می‌کند؟

بررسی قطبش نور بازتابیده ازسطح و یافتن زاویه بروستر

مقدمه:

به طورمعمول وقتی نور به یک سطحی می‌تابد، بخشی از آن بازتاب می‌شود که مقدار نور بازتابیده، به قطبش نور فرودی و زاویه تابش بستگی دارد. در یک زاویه خاص، سهم بازتابش برای قطبش عمود بر سطح صفر می‌شود که آن را زاویه بروستر می‌نامند و اندازه آن به ضریب شکست محیط بستگی دارد. به عبارت دیگر در زاویه بروستر قطبش عمود بر سطح بازتاب نمی‌شود و می‌توان گفت که نور بازتابیده در آن زاویه درجهت موازی سطح قطبیده است. بر همین اساس عینک پلاروید ضمن آنکه با کاهش نور خورشید از چشم محافظت می‌کند، موجب افزایش دید در هنگام رانندگی و ماهیگیری و غیره با حذف بازتاب نور از سطوح مقابل می‌شود. هنگام رانندگی اگر کاغذ سفیدی روی داشبورد باشد بازتاب آن روی شیشه به شدت اذیت‌کننده است که عینک پلاروید آن بازتاب را که تقریبا تحت زاویه بروستر ایجاد شده و قطبش افقی آن باقی مانده است، می‌تواند حذف کند.

چشم ما به قطبش نور حساس نیست اما می‌توان با کمک یک قطبشگر نورهایی که تحت زاویه بروستر بازتاب شده‌اند و در نتیجه قطبیده هستند را با چرخاندن آن قطبشگر، در مقابل نورهای بازتابی از سطوح، مشاهده کرد.

  

هدف:

قصد داریم در این آزمایش چگونگی حذف بازتاب توسط یک قطبشگر یا همان عینک پلاروید را بررسی کنیم. برای این منظور، قطبش پرتو بازتابی از یک جسم براق غیر فلزی (دی الکتریک) و به طور تجربی زاویه بروستر قطعه مورد آزمایش را تخمین می‌زنیم.

 

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

برای اینکه نور غیر قطبیده و قطبیده را به یک سطح صیقلی بتابانیم و قطبش آن را بررسی کنیم، به اقلام زیر نیاز خواهیم داشت:

  • یک جسم براق غیرفلزی مثل شیشه یا سنگ صیقلی با پایه مناسب (می‌توانیم در ابتدا برای راحتی از یک جسم غیرشفاف و براق استفاده کنیم).
  • میزچه چرخان
  • منبع نورغیر قطبیده (مثل ال ای دی که با یک عدسی تا حدودی روی سطح متمرکز شده باشد)
  • منبع نور قطبیده (مثل لیزر پوینتر)
  • دو عدد قطبشگر روی پایه مناسب
  • نقاله و کاغذ میلیمتری

 

برای انجام علمیتر آزمایش و افزایش دقت این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • هم‌تراز کردن پرتو لیزر با میز
  • اندازه‌گیری زاویه پرتوها
  • تنظیم سطح قطعه اپتیکی بازتابنده روی محور چرخش میزچه چرخان

 

آزمایش:

برای انجام این آزمایش ابتدا از نور غیرقطبیده استفاده می‌کنیم:

  • یک جسم شفاف مثل یک بلوک پلکسی یا شیشه‌ای با سطح صیقلی را روی پایه گذاشته و مقابل منبع نور سفید قرار دهید.
  • لامپ را روشن کنید تا نور غیرقطبیده به سطح جسم شفاف بتابد.
  • قطبشگر را به نحوی مقابل جسم قرار دهید که بتوانید تصویر لامپ را روی جسم صیقلی ببینید.

 

 

  • قطبشگر را بچرخانید تا تصویر لامپ تا حد ممکن کم‌نور شود.
  • حال با ثابت نگه داشتن قطبشگر و منبع نور، به تدریج زاویه سطح جسم شفاف با لامپ را تغییر دهید. جاییکه تصویر لامپ تقریبا خاموش شود، زاویه تابش برابر با زاویه بروستر می‌باشد. ممکن است برای خاموشی کامل نیاز به تنظیم مجدد چرخش قطبشگر داشته باشید.

نور بازتابی تحت زاویه بروستر قطبیده است و قطبش آن موازی سطح بازتابنده است، چون قطبش عمود بر آن بازتاب نشده و حذف شده است. این قطبش را قطبش طولی و قطبش عمود بر آن را قطبش عرضی می‌نامند.

 

*قسمت دوم آزمایش را با نور لیزر انجام می‌دهیم:

  • اگر نور لیزر پوینتر را مقابل قطبشگر بررسی کنیم، می‌بینیم که این نور تقریبا قطبیده است. در نتیجه انتخاب قطبش لیزر در مقدار بازتاب تاثیر دارد. قدم اول پیدا کردن قطبش لیزر دیودی است که در آزمایش دیگر بحث شده است.

 

 

  • سپس می‌بینیم با چرخاندن لیزر به دور خودش، بدون تغییر زاویه تابش، شدت نور کم و زیاد می‌شود. وقتی که وضعیت آن را در کمترین بازتاب نگه داریم و سپس زاویه تابش را تغییر دهیم، با حذف بازتاب به زاویه بروستر می‌رسیم. البته قطبش لیزر دیودی مورد استفاده در این آزمایش‌ها ایده‌آل نیست و با تنظیم لیزر می‌توانیم فقط بازتاب را کم کنیم و کاملا حذف نمی‌شود .
  • در قسمت بعد، از عینک پلاروید به عنوان قطبشگر استفاده کنید و ببینید در چه شرایطی دید شما را بهبود می‌دهد.
  • در این قسمت بر اساس تجربیات بالا، سعی کنید بدون ابزاری، محور قطبش یک قطبشگر را بدست آورید.

 

کاربرد:

  • بیشترین کاربرد این آزمایش در همان عینک‌های پلاروید است که با آن بازتاب‌های اضافی و اذیت‌کننده می‌توانند حذف شوند. همچنین از این آزمایش می‌توان نتیجه گرفت که هنگام بازتاباندن نور لیزر از سطوح صیقلی، باید قطبش را نیز در نظر گرفت، چون ممکن است در برخی موارد بازتاب محو شود.
  • در تولید لیزرهای گازی و برخی کاربردهای دیگر برای قطبیده کردن نور از این پدیده استفاده می‌شود و پنجره‌ای به نام پنجره بروستر، شامل یک شیشه شفاف که در زاویه بروستر قرار گرفته است، می‌باشد که نور قطبش موازی سطح از آن بازتاب شده و خارج می‌شود و نور با قطبش عمود بر آن بازتاب نمی‌کند. همچنین در لیزرهای سوییچ کیو از این پدیده استفاده می شود.
  • کاربرد مهم دیگر این پدیده پیدا کردن سریع و بدون ابزار محور عبور قطبشگر مجهول است.

 

سؤال پیشنهاد ونکته:

  • اگر نور قطبیده طولی (TM) تحت زاویه بروستر بر محیط دوم بتابد، تمام آن وارد محیط دوم می‌شود (چرا؟)؛ به عبارت دیگر محیط دوم برای این قطبش کاملاً شفاف است. به نظر شما این پدیده چه کاربردهایی می‌تواند داشته باشد؟
  • چگونه می‌توانید بر این اساس، قطبش یک نور را تشخیص دهید؟
  • چگونه می‌توانید مطمئن شوید که نور لیزر در بازتاب شدت کافی دارد؟
  • آیا می‌توانید با استفاده از این نکته، میزان شدت نور بازتابی از سطح را کنترل کنید؟
  • فکر می‌کنید بین انتخاب زاویه شیشه جلو خودرو با این مسئله ارتباطی است؟
  • در چه مواردی مشکل بازتاب اضافی را جدی دیده‌اید و در چه مواردی حذف بازتاب که با تابش نور قطبیده پیش می‌آید ایجاد اشکال می‌کند؟
  • هر چند که ساده نیست ولی می‌توانید درباره علت این پدیده که به ماده مربوط می‌شود، فکر کنید. توجه داشته باشید که در شرایط زاویه بروستر، پرتو تابیده و بازتابیده بر هم عمود هستند که برای توجیه این پدیده بسیار مهم است.

 

ایده‌پردازی:

  • برای این قابلیت که با چرخاندن لیزر حول محورش شدت بازتاب تغییر می‌کند، کاربردی طرح کنید.
  • اگر لیزر به شافت یک موتور وصل شود و بازتاب نور لیزر از سطح یک دی الکتریک تحت زاویه بروستر بررسی شود، شدت نور بازتابی به صورت سینوسی، همراه با چرخش موتور نوسان می‌کند. آیا می‌توانید کاربردی برای آن متصور شوید؟
  • چه ویژگی سطح بازتابنده روی قطبیده شدن نور اثر دارد. آیا می‌توانید ابزاری برای ارزیابی آن پارامتر سطح بسازید؟

 

 

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