مستخدم:Kamalabden/ملعب
مبدأ هوغنس للانكسار المزدوج
عدل
يشرح مبدأ هوغنس للانكسار المزدوج ، الذي سمي على اسم الفيزيائي الهولندي كريستيان هوغنس، ظاهرة الانكسار المزدوج التي تم ملاحظتها في المواد أحادية المحور متباينة الخواص مثل الكالسيت. عندما يتفاعل الضوء غير المستقطب مع هذه المادة بزاوية مع المحور البصري ، ينقسم الضوء إلى شعاعين بخصائص مختلفة.[1] ينص مبدأ هوغنس على الانكسار المزدوج على أن كل نقطة على صدر الموجة الاساسية في مادة ثنائية الانكسار تنتج نوعين من صدور المويجات: صدر الموجة الكروية وصدرالموجة الإهليلجية. تتفاعل هذه الموجات الثانوية ، التي تنشأ من نقاط مختلفة ، وتتداخل مع بعضها البعض. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل صدرالموجة الجديدة التي تعتبر مماس لهذه المويجات من كل نوع .
تاريخ
عدل
بدأ الاستكشاف الاولي للاستقطاب خلال القرن السابع عشر. في عام 1669 ، قام بارثولين بملاحظة الانكسار المزدوج في بلورة الكالسيت ووثقها في عمل منشور عام 1670. [2][3] في وقت لاحق ، في عام 1690 ، حدد هوغنس الاستقطاب كخاصية للضوء وقام بتجربة باستخدام كتلتين متطابقتين من الكالسيت موضوعة على التوالي. قسمت كل بلورة الشعاع الضوئي الساقط إلى قسمين ، أشارهوغنس لهما "بالشعاع المنتظم" و "الشعاع الغير منتظم" (يُعرف في المصطلحات الحديثة باسم الشعاع العادي والشعاع الغير عادي ، على الترتيب).[3] ومع ذلك ، إذا تم محاذاة البلورتين في نفس الاتجاه ، فلن يحدث أي انقسام إضافي للضوء. [4]
مبدأ هوغنس
عدل
بينما يشرح مبدأ هوغنس للانكسار المزدوج ظاهرة الانكسار المزدوج في وسط غير متماثل الخواص بصريًا ، فإن مبدأ هوغنس يتعلق بانتشار الموجات في وسط متماثل الخواص بصريًا. [5][6]وفقًا لمبدأ هوغنس ، «تتصرف كل نقطة من نقاط مقدمة الموجة كمصدر ومركز لموجة جديدة، والسلوك التالي لمقدمة الموجة يحدد بجمع الموجات الصغيرة الصادرة عن نقاط مقدمة الموجة في اللحظة السابقة» .[7]
استقطاب الضوء
عدلالضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية مستعرضة تتكون من موجتين متعامدين (موجة كهربائية وموجة مغناطيسية). المجالات الكهربائية والمغناطيسية متعامدة مع اتجاه انتشار الموجة. لو كان اتجاه انتشار الموجة في الاتجاه z ، سيكون المجال الكهربائي في المستوى xz ، والمجال المغناطيسي في المستوى yz. المجال الكهربائي هو متجه يشير إلى اتجاه معين في الفضاء حيث اتجاه المجال الكهربائي E للموجة الكهرومغناطيسية يسمي باتجاه الاستقطاب. [4]
ضوء غير مستقطب
عدل
إذا تمكنا من ملاحظة الموجة الضوئية الصادرة من مصدر عادي وموجهة نحونا ، مثل الضوء المنبعث من لمبة متوهجة ، فسنجد أنها تتكون من مزيج من موجات الضوء. هذه الموجات تتكون من مركبات مجال كهربائي هذه المركبات تتقلب بوتيرة سريعة ، مطابقة تقريبًا للتردد البصري نفسه ، بمقياس زمني يبلغ حوالي 10-14 ثانية. وبالتالي ، فإن اتجاه تذبذب متجه المجال الكهربائي يحدث في جميع المستويات الممكنة بشكل عمودي على اتجاه انتشار شعاع الضوء. لذلك يعتبر الضوء غير المستقطب هو نوع من الموجات الضوئية حيث يتذبذب فيه متجه المجال الكهربائي في مستويات متعددة. يعتبر الضوء المنبعث من الشمس أو المصابيح المتوهجة أو لهب الشمعة غير مستقطب[1].[4]
ضوء مستقطب خطي
عدليشار إلى الموجات الضوئية التي تظهر تذبذبًا في مستوى واحد باسم موجات الضوء المستقطبة المستوية. في مثل هذه الموجات ، يتذبذب متجه المجال الكهربائي (E) داخل مستوى واحد فقط متعامد على اتجاه انتشار الموجة. يُطلق على هذا النوع من الموجات أيضًا اسم موجة مستقطبة خطيًا لأن اتجاه متجه المجال في أي نقطة معينة في المكان والزمان يقع دائما في مستوى عمودي على اتجاه انتشار الموجة. [1][8]
المواد متماثلة ومتباينة الخواص
عدل
يمكن تصنيف المواد إلى فئتين على أساس الخواص . المواد متماثلة الخواص لها نفس الخصائص الفيزيائية في جميع أنحاء. بمعنى آخر ، بغض النظر عن الاتجاه الذي يتم قياسها فيه ، تظل خصائصها ، مثل البصرية والكهربائية والميكانيكية ، ثابتة. الغازات والسوائل والمواد الصلبة غير المتبلورة مثل الزجاج هي أمثلة على المواد متماثلة الخواص. من ناحية أخرى ، تُظهر المواد متباينة الخواص خصائص فيزيائية مختلفة اعتمادًا على اتجاه القياس. خصائصها ليست ثابتة في جميع أنحاء المادة. يمكن أن يكون التركيب البلوري أو اتجاه الجزيء أو وجود محاور مفضلة أسبابًا لتباين الخواص. تعتبر البلورات ، وبعض البوليمرات ، والكالسيت ، والعديد من المعادن أمثلة نموذجية للمواد متباينة الخواص. يمكن أن تختلف الخصائص الفيزيائية للمواد متباينة الخواص ، مثل معامل الانكسار والتوصيل الكهربائي والصفات الميكانيكية ، اعتمادًا على اتجاه القياس.[9]
المحور البصري وأنواع المواد متباينة الخواص الضوئية
عدلمن المفاهيم الشائعة في دراسة المواد متباينة الخواص هو المحور البصري. يتم تعريفه بانه هو المحور داخل المادة التي تظل الخصائص البصرية للمادة ثابتة دون تغيير. بعبارة أخرى ، يُظهر الضوء الذي ينتقل في اتجاه المحور البصري ، سلوكًا موحدًا ، بغض النظر عن استقطابه أو زاوية سقوطه.[1][10]
من الممكن تقسيم المواد متباينة الخواص إلى فئتين: المواد متباينة الخواص أحادية المحور وثنائية المحور. في المواد متباينة الخواص الضوئية أحادية المحور يوجد محور بصري واحد ، يُشار إليه أيضًا باسم المحور الاستثنائي. بغض النظر عن حالة الاستقطاب التي يتواجد فيها الضوء أثناء تحركه في اتجاه هذا المحور ، فإنه يعرض نفس الخصائص البصرية. يوجد تعريف اخر وهو المستوى البصري ، المعروف أيضًا باسم مستوى الاستقطاب الذي يكون عمودي على المحور البصري. يُظهر الضوء الانكسار داخل هذا المستوى ، مما يؤدي إلى انقسامه إلى شعاعين بمعاملات انكسار مختلفة ، نظرًا لوجود محورين بصريين مستقلين في المواد متباينة المحور ثنائي المحور ، فإن الضوء الذي ينتقل في اتجاهين مختلفين سيكون له مجموعتان متميزتان من الخصائص البصرية.[9]
المواد أحادية المحور الموجبة والسالبة
عدلهناك نوعان من المواد أحادية المحور يعتمدان على قيمة معامل الانكسار للأشعة العادية والأشعة الغير عادية. عندما تكون قيمة معامل الانكسار للأشعة الغير عادية (nₑ) أكبر من مؤشر معامل الانكسار لأشعة العادية (n₀)، تكون المادة مادة أحادية المحور موجبة. اما عندما تكون قيمة معامل الانكسار للأشعة الغير عادية (nₑ) أقل من مؤشر معامل انكسار الأشعة العادية (n₀) ، تكون المادة مادة أحادية المحور سالبة. الجليد والكوارتز أمثلة على المواد أحادية المحور الموجبة. يعتبر الكالسيت والتورمالين أمثلة على المواد أحادية المحور السالبة.[1][9]
شرح HUYGENS للانكسار المزدوج
عدلالشعاع العادي له صدرموجة كروية لأن له معامل انكسار ثابت (n₀) مستقل عن اتجاه الانتشار داخل المادة أحادية المحور وله نفس السرعة في جميع الاتجاهات. من ناحية أخرى ، فإن الشعاع غير العادي له صدرموجة بيضاوية بسبب معامل انكساره ، والذي يختلف باختلاف اتجاه الانتشار داخل المادة أحادية المحور ، مما يؤدي إلى سرعات مختلفة في اتجاهات مختلفة. تتلامس صدران الموجتان عند النقاط التي تتقاطعان فيها مع المحور البصري.
عند سقوط ضوء غير مستقطب عمودي على مادة ذات انكسار مزدوج ، فإن الأشعة العادية والأشعة الغير عادية ستولد صدورموجية جديدة. ستكون صدور الموجة الجديدة للأشعة العادية مماسة لصدور الموجات الكروية ، في حين أن صدر الموجة الجديدة للأشعة الغير عادية وستكون مماسًا لصور الموجات البيضاوية. تنتشر كل صدر الموجة الجديد للأمام مباشرة ولكن بسرعات مختلفة: V₀ للأشعة العادية و Vₑ للأشعة الغير عادية. دائمًا ما يكون اتجاه الانتشارعموديًا على صدورالموجات ويتم حسابه من قانون سنل. بالنسبة لسقوط الضوء العمودي علي السطح الفاصل ، يكون للأشعة العادي والأشعة الغير عادية نفس اتجاه الانتشار. ومع ذلك ، فإن اتجاه الطاقة (الشعاع) يختلف بالنسبة للشعاعين. يتم تحديد اتجاه الطاقة لكل شعاع من خلال توصيل الخط من المصدر التخيلي على صدرالموجة القديمة بنقطة التقاطع بين صدرالموجة الجديدة وصدر الموجة الكروية أو الإهليلجية. نتيجة لذلك ، سوف تنتشر الأشعة العادية والأشعة الغير عادية في اتجاهات مختلفة بسرعات مختلفة داخل المادة. بالنسبة للأشعة الغير عادية ، تسمى الزاوية بين اتجاه الانتشار واتجاه الطاقة زاوية الانطلاق.
عندما ينتقل الضوء عبر البلورة ، يتبع هذان السطحان الموجيان مسارات مختلفة داخل البلورة. في النهاية ، يظهر شعاعان منكسران نتيجة لهذا الانتشار.[4][1]
أنظر أيضا
عدلمراجع
عدل- ^ ا ب ج د ه و al, N. Subrahmanyam et (2006). A Textbook of Optics (بInglese) (23rd Rev. Edn. 2006 edizione ed.). Schand.
{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: لغة غير مدعومة (link) - ^ Shurcliff, William A. (1 Oct 2013). Polarized Light: Production and Use (بالإنجليزية). Harvard University Press. DOI:10.4159/harvard.9780674424135/html. ISBN:978-0-674-42413-5.
- ^ ا ب C., H. (18 Apr 1913). "Treatise on Light . By Christiaan Huygens. Rendered into English by Silvanus P. Thompson. London, Macmillan & Company. 1912. Pp. vii +128". Science (بالإنجليزية). 37 (955): 610–611. DOI:10.1126/science.37.955.610. ISSN:0036-8075.
- ^ ا ب ج د Chekhova, Maria; Banzer, Peter (22 Mar 2021). Polarization of Light: In Classical, Quantum, and Nonlinear Optics (بالإنجليزية). De Gruyter. DOI:10.1515/9783110668025/html. ISBN:978-3-11-066802-5.
- ^ C., H. (18 Apr 1913). "Treatise on Light . By Christiaan Huygens. Rendered into English by Silvanus P. Thompson. London, Macmillan & Company. 1912. Pp. vii +128". Science (بالإنجليزية). 37 (955): 610–611. DOI:10.1126/science.37.955.610. ISSN:0036-8075.
- ^ C., H. (18 Apr 1913). "Treatise on Light . By Christiaan Huygens. Rendered into English by Silvanus P. Thompson. London, Macmillan & Company. 1912. Pp. vii +128". Science (بالإنجليزية). 37 (955): 610–611. DOI:10.1126/science.37.955.610. ISSN:0036-8075.
- ^ Physics for Scientists and Engineers, Volume 1 9th (ط. 9th edition). Cengage Learning. 1 يناير 2013.
{{استشهاد بكتاب}}:|طبعة=يحتوي على نص زائد (مساعدة) - ^ Shipman, James; Wilson, Jerry D.; Higgins, Charles A. (1 Jan 2012). An Introduction to Physical Science (بالإنجليزية). Cengage Learning. ISBN:978-1-133-10409-4.
- ^ ا ب ج Malgrange, Cécile; Ricolleau, Christian; Schlenker, Michel (2014). "Symmetry and Physical Properties of Crystals". SpringerLink (بالإنجليزية). DOI:10.1007/978-94-017-8993-6.
- ^ Kumar، Arun؛ Ghatak، Ajoy (18 يناير 2011). Polarization of Light with Applications in Optical Fibers. 1000 20th Street, Bellingham, WA 98227-0010 USA: SPIE. DOI:10.1117/3.861761. ISBN:978-0-8194-8215-0.
{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: مكان (link)