Двойное лучепреломление существует в естественно анизотропных телах. Однако существуют различные способы искусственной оптической анизотропии  сообщение оптической анизотропии естественно изотропным веществам.

5.1. Фотоупругость

Тело под влиянием механической деформации ста­новится оптически анизотропным. Например, при одностороннем сжатии или растяжении пластинка из прозрачного материала приобретает свойства одноосно­го кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением сжа­тия или растяжения. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси, пропорциональна нормальному напряжению σ

(8)

где χ 1  коэффициент, зависящий от свойств вещества; k  порядок интерференционной полосы;  напряжение.

5.2. Ячейка Керра

Возникновение двойного лучепреломления в газах, жидкостях и в аморфных твердых телах (диэлектриках) под воздействием сильного однородного электрического поля называется эффектом Керра . Это явление впервые было обнаружено шотландским физиком Д. Керром в 1875 году.

На пути l (длина пластины конденсатора) между обыкновенным и не­обыкновенным лучами возникает оптическая разность хода

где  2 – коэффициент пропорциональности; В – постоянная Керра, зависящая от природы вещества, его температуры и длины волны света в вакууме.

Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул вещества по различным направлениям. Это явление практически безинер­ционно, т.е. переход вещества из изотропного состояния в анизотроп­ное при включении поля происходит приблизительно за 10 -10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (в скоростной фото- и киносъемке и т.д.)

5.3. Вращение плоскости поляризации

Некоторыеоптически активные вещества обладают способностью вращать плоскость поляризации прохо­дя­щего через них плоско поляри­зо­ванного света. К ним относятся твер­дые тела (кварц, сахар, киноварь), чистые жидкости (ски­пидар, никотин, винная кислота) и растворы оптически активных веществ (сахар, спирт и т.д.).

Вращение плоскости поля­ри­зации можно наблюдать на сле­дующем опыте. Если между скре­щенными поляризатором и ана­лизатором поместить опти­чес­ки активное вещество, то по­ле зрения анализатора про­све­тля­ется. При повороте ана­ли­за­то­ра на угол φ можно вновь по­лу­­чить темное поле зрения. В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорциона­лен пути света в растворе l и концентрации активного вещества С :

, (10)

где [φ 0 ]  удельное вращение.

Оптически активные вещества в зависимости от направления вра­щения плоскости поляризации подразделяются на правовращающие и левовращающие .

Явление вращения плоскости поляризации в растворах лежит в основе сертификации продуктов. Это явление используется, например, для точного определения концентрации растворов оптически активных веществ (поляриметрия ).

Оптически неактивные вещества приобретает способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено М. Фарадеем и получило название эффекта Фарадея . Этот эффект имеет огромное значение для науки, так как в нем об­наруживается связь между оптическими и электромагнитными процес­сами.

а) Поляризационные светофильтры.

Свет, отраженный от воды, от других диэлектриков, содержит яркие блики, ослепляющие глаза, ухудшающие изображение. Блики, вследствие закона Брюстера, имеют поляризованную компоненту, в которой световые векторы расположены параллельно отражающей поверхности. Если на пути бликующего света поставить поляризационный светофильтр, плоскость пропускания которого перпендикулярна отражающей поверхности, то блики будут погашены полностью или частично. Поляризационные светофильтры применяют в фотографии, на перископах подводных лодок, в биноклях, микроскопах и т.д.

б).Поляриметры, сахариметры.

Это приборы, использующие свойство плоскополяризованного света поворачивать плоскость колебания в веществах, которые называют оптически активными, например растворы. Угол поворота пропорционален оптическому пути и концентрации вещества:

В простейшем случае поляриметр – это поляризатор и анализатор, расположенные последовательно в пучке света. Если их плоскости пропускания взаимно перпендикулярны, то свет не проходит через них. Помещая между ними оптически активное вещество, наблюдают просветление. Повернув на угол поворота плоскости колебаний φ анализатор, опять добиваются полного затемнения. Применяются поляриметры для измерения концентрации растворов, для исследования молекулярного строения веществ.

в). Индикаторы на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы – это вещества, молекулы которых либо имеют форму нитей, либо плоских дисков. Даже в слабом электрическом поле молекулы ориентируются, и жидкость приобретает свойства кристалла. В жидкокристаллическом индикаторе жидкость расположена между поляроидом и зеркалом. Если поляризованный свет проходит в области электродов, то на оптическом пути в две толщины слоя жидкости плоскость колебаний поворачивается на 90 о и свет не выходит через поляроид и наблюдается черное изображение электродов. Поворот обусловлен тем, что обыкновенный и необыкновенный пучки света распространяются в кристалле с разной скоростью, возникает разность фаз, и результирующий световой вектор постепенно поворачивается. Вне электродов свет выходит и наблюдается серый фон.

Многообразно применение поляризованного света. Исследование внутренних напряжений в линзах телескопов, в стеклянных моделях деталей. Применение ячейки Керра как быстродействующего фотозатвора импульсных лазеров. Измерение интенсивности света в фотометрах.

Контрольные вопросы

1. С какой целью на перископы подводных лодок устанавливают поляризаторы?

2. Какие действия производит фотограф с поляризационным светофильтром при установке его на объектив перед фотосъемкой?

3. Почему естественный свет при отражении от диэлектриков ли и поляризуется, а при отражении от металлов не поляризуется?

4. Изобразите ход пучков естественного света при падении на жидкокристаллический индикатор мобильного телефона в области электрического поля и вне поля.

5. Каким является свет, отраженный от индикатора наручных электронных часов, естественным или поляризованным?

6. Как расположить плоскости пропускания поляроидов на фарах и лобовом стекле автомобиля, чтобы встречные машины не ослепляли друг друга?

7. Интенсивность света, проходящего через анализатор, изменяется в два раза при повороте через каждые 90 о. Какой это свет? Какова степень поляризации света?

8. На пути естественного света расположено несколько параллельных стеклянных пластинок под углом Брюстера (стопа Столетова). Как меняется степень поляризации и интенсивность проходящего пучка света с увеличением числа пластинок?

9. На пути естественного света расположено несколько параллельных стеклянных пластинок под углом Брюстера (стопа Столетова). Как меняется степень поляризации и интенсивность отраженного пучка света с увеличением числа пластинок?

10. Плоскополяризованный пучок света под углом Брюстера падает на поверхность диэлектрика. Плоскость колебаний светового вектора поворачивается, Как зависит интенсивность от угла между плоскостью падения и плоскостью колебаний светового вектора?

11. Если смотреть на светящуюся точку через двоякопреломляющий кристалл исландского шпата, то видно две точки. Как меняется их взаимное расположение, если поворачивать кристалл

12. Если узкий пучок света проходит через двоякопреломляющий кристалл, то из него выходят два пучка света. Как доказать, что это поляризованные взаимно перпендикулярно пучки?

13. Если узкий пучок света проходит через двоякопреломляющий кристалл турмалина, то из него выходят два пучка света. Как узнать, который из них обыкновенный, а который необыкновенный пучок света?

14. Блики света от лужи слепят глаз. Как должна быть расположена плоскость пропускания света поляризационных очков относительно вертикали?

15. Объясните способ получения объемного изображения на плоском экране в стереокинотеатре.

16. Объясните, для чего в микроскопах применяют поляризационные светофильтры?

17. Как доказать, что луч лазера является плоскополяризованным светом. Почему лазер вырабатывает плоскополяризованный свет?

18. Как следует расположить оптическую ось двоякопреломляющего кристалла, чтобы обыкновенный и необыкновенный пучки света распространялись после прохождения совместно?

19. Обыкновенный и необыкновенный пучки света распространяются в кристалле совместно с различными скоростями V о V е

Введение

На современном этапе развития медицинской техники ввиду широкого спектра применения различных видов излучения для диагностики и лечения заболеваний представляется актуальной необходимость использования компьютерных программ и пакетов для упрощения представления информации о физических параметрах излучения и его применении в той или иной области.

Применение поляризационного света в медицине разнообразно. Поляризационные приборы основаны на явлении поляризации света и предназначены для изучения тех или иных процессов, происходящих в поляризованных лучах.

В настоящее время использование поляризационного света активно применяется в различных сферах медицины для диагностики, лечения и профилактики широкого спектра заболеваний. Поляризационный свет также широко используется в фототерапии, он оказывает комплексное оздоравливающее воздействие на организм человека: способствует улучшению микроциркуляции, улучшает состояние кожи, укрепляет иммунитет, способствует заживлению ран и снятию боли.

Целью данной работы является создание информационной справочной системы по использованию поляризационного света в медицине. Программа предназначена для наглядного и простого представления информации о применении данного вида излучения в медицинских целях, о поляризационной лампе, ее основных характеристиках, правилах использования прибора.

Результатом данной курсовой работы является программа, удобная и понятная в использовании обычному пользователю, предназначенная для ознакомления как с общим применением поляризационного света в медицине, так и конкретно с использованием поляризационной лампы.

Теоретическая часть

Использование поляризационного света

Поляризация волн - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Свет называется линейно поляризованным (иногда плоско поляризованным), если вектор электрического поля колеблется по прямой линии. Когда вектор электрического поля описывает эллипс, говорят об эллиптической поляризации. Если же электрический вектор описывает окружность, мы имеем круговую поляризацию.

Поляризованный свет используют следующим образом.

методы физических исследований, основаны на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ.

Методы исследования излучения, основанные на измерении:

· степени поляризации излучения (света, радиоволн)

· оптической активности веществ или их растворов

поляризованным светом - лечебное применение видимого и инфракрасного излучения интегрального спектра, который формируется с помощью специальных источников с отражением света в поляризаторе Брюстера, что приводит к поляризации оптического излучения в достаточно широком спектре.

Использование лазеров

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем.

Развитие лазерной медицины идет по трем основным направлениям:

· лазерная хирургия;

· лазерная терапия;

· лазерная диагностика.

Описание поляризационной лампы

Изобретение относится к излучающей поляризованный свет лечебной лампе для биостимуляции поляризованным светом. В частности, изобретение относится к лечебной лампе, которая излучает поляризованный свет с определенными интенсивностью и длиной волны, и облучает при этом определенную область поверхности.

В патенте ФРГ N3220218 описано общее биостимулирующее действие поляризованного света.

Данный прибор содержит:

Он содержит три следующие друг за другом и непосредственно присоединенные друг к другу части, которые ограничивают общее внутреннее пространство, причем первая часть в основном является рукояткой трубчатой формы, имеющей ось, вторая часть является соединенной на одном своем конце с рукояткой изогнутой средней частью, и третья часть является соединенной с другим концом средней части цилиндрической передней частью (рис.1).

Рисунок 1

Блок питания.

Позволяет трансформировать напряжение питающей сети в напряжение питания галогенной лампы. Он так же содержит вентилятор (см. рис.2), необходимый для вывода тепла с прибора, через воздушный канал и специальные отверстия в корпусе прибора.

Рисунок 2

Который необходим для контроля длительности процедуры. Располагается вместе с кнопкой вкл/выкл на небольшой плате для удобства конструкции (рис.3).

Рисунок 3

Галогенная лампа (источник световых колебаний).

Она содержит расположенный непосредственно позади нее рефлектор (рис.4), позволяющий фокусировать световой поток в определенном направлении, а так же расположенную в потоке излучаемого лампой света оптическую систему, содержащую поляризатор, который является поляризатором Брюстера.

Рисунок 4

Поляризатор Брюстера (оптическая система).

Рисунок 5

Светофильтр.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения светофильтр (рис.6) закрывает второй полую трубку-цилиндр. Вследствие этого она герметично закрывается с возможностью пропускания света, и защитой от проникновения пыли.

Явление поляризации света – это оптический феномен, находящий применение в технике, но не встречающийся в повседневной жизни. Поляризованный свет буквально окружает нас, но человеческому глазу поляризация практически недоступна. Мы страдаем «поляризационной слепотой».

В своей книге «Трактат о свете» Христиан Гюйгенс описывает удивительное явление, обнаруженное им в опытах с прозрачными кристаллами исландского шпата: если про­пустить свет через кристалл шпата, то после вторичного прохождения света через такой же кристалл, при определенной ориентации све­тового луча и кристалла, луч практически полностью исчезает. Отсюда можно заключить, что в результате действия на свет первого крис­талла вышедшая из него световая волна оказывается не такой, какой она была до этого. Впоследствии французский ученый Э. Малюс назвал это явление поляризацией света.

В электромагнитной теории света поляризация световых волн объясняется следующим образом.

Естественный свет, создаваемый солнцем или какими-либо обычными источниками, например лампами, представляет собой совокупность волн, излучаемых огромным количеством атомов. В таком свете колебания вектора Е происходит по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения света (рис.22.1). Если пучок естественного света пропустить через, например, кристалл турмалина, то свет окажется поляризованным. Это связано с тем, что некоторые кристаллы (особенно турмалин) обладают свойством пропускать световые волны только в одной плоскости, совпадающей с осью симметрии кристалла и при прохождении через кристалл будет пропущена лишь та часть падающего естественного света, в которой вектор напряжённости Е ориентирован параллельно оси кристалла.

Процесс ориентации колебаний вектора Е световой волны в определённом направлении называется поляризацией .

Поляризованной волной называется такая поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходит в одной плоскости.

Плоскость, проходящая через электрический вектор Е и направление распространения электромагнитной волны, является плоскостью поляризации (плоскостью колебаний).

Если за первым кристаллом поставить второй кристалл, то до него уже доходит поляризованный свет (рис. 22.2). При параллельном расположении осей обоих кристаллов ничего интересного не произойдёт. Если же второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным, то по мере увеличения угла между их осями интенсивность прошедшего света будет постепенно уменьшаться и при взаимоперпендикулярном расположении осей обратится в нуль. В этом случае, в падающем на второй кристалл световой волне не будет присутствовать колебания вектора Е, параллельные оси кристалла, и потому этот кристалл не пропустит свет, полностью поглотив его.

Поляризованную волну можно получить с помощью резинового шнура, если на его пути поставить преграду с тонкой щелью. Щель пропустит только те колебания, которые происходят вдоль неё (рис.22.3). Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом.

Устройство, выделяющее колебания, происходящие в одной плоскости, и позволяющее получать поляризованный свет из естественного света называется поляризатором .

Устройство, позволяющее определить плоскость поляризации (вторая щель) называется анализатором

Если на анализатор падает поляризованный луч, плоскость поляризации которого составляет угол α с плоскостью поляризации анализатора, то интенсивность прошедшего сквозь анализатор луча определяется законом Малюса (рис. 22.4):

I = I 0 cos 2 α (22.1)

Если α =π/2, то будет полное затмение поля зрения.

Блики представляют собой концентрацию световых лучей при их отражении от блестящих поверхностей.

Человеческому глазу становится сложно обеспечить четкость зрительного восприятия.

Блокировка неприятных горизонтальных лучей носит название поляризации.

Поляризационная слепота человека

Окружающий в повседневной жизни человека свет имеет три характеристики:

• Яркость;
• Длину волны. Её определяют в виде цветовой палитры окружающего мира;
• Поляризацию.

Последняя характеристика недоступна человеку. Можно провести опыты со специальными фильтрами, чтобы понять о каком явлении идёт речь. Однако представить мир таким, как он выглядит, в результатах опытов почти невозможно.

Большинство животных и насекомых могут различать поляризацию света.

При помощи фотопринадлежностей, рассматривая голубое небо, можно увидеть появление особой тёмной полосы. Эффект проявляется при повороте фильтров в случаях размещения солнца сбоку.

Сложные манипуляции. Каждая пчела способна различать данный эффект без любых приспособлений. Однако, далеко не факт, что она видит такую же полосу.

Исследования в данной области были начаты ещё в 1690 году Х.Гюйгенсом, а затем продолжены И.Ньютоном и Дж.Максвеллом, чтобы в 1844 Хайдингер смог сделать удивительное открытие.

Далеко не все люди равнодушны к поляризации света. Глаза некоторых способны различать её без специальных приборов или фильтров.

Им достаточно смотреть на однородное поле, освещенное поляризованным светом, чтобы увидеть фигуру Хайдингера. Она напоминает эллипс, сдавленный в центре. Её окрас приближен к светло-желтому, а фон кажется голубым.

Видеть подобную картину возможно всего лишь несколько секунд. Расположение фигуры всегда строго перпендикулярно поляризационным лучам.

Применение исследований поляризации в офтальмологии

Исследования в линейно поляризованном и циркулярнополяризованном свете подтвердили, что люди, обладающие способностью видеть фигуру, наблюдают её в обоих случаях.

В результате возникло предположение, что некоторым сферам глаза под силу оказывать двойное преломление света. Также было установлено, что полным качеством отличается именно сетчатка глаза или её поверхность.

При обращении человека к офтальмологу по причине ослабления зрения и сохранении способности видеть уникальную фигуру, специалист исключает заболевания, связанные с сетчаткой.

Утрата способности видеть фигуру неизменно связана с повреждением сетчатки.

При установке поляризатора в лучевой канал исследователям удалось изучить анатомические особенности строения глаза. Первые опыты в данном направления были проведены еще в 1920 году, но тогда не хватило возможностей техники.

Возобновили исследования японские ученые, подтвердившие предположения о пересечении волокон в центральной части роговицы по принципу сетки.

Для своих экспериментов они использовали волновую пластинку, с помощью которой смогли собрать максимально точные данные о световых лучах, отражающихся от прозрачных элементов глаза.

Защита глаза с помощью поляризации света

Водители, рыбаки, лыжники прекрасно знают, насколько серьёзные нагрузки приходится испытывать глазам. Человеку необходимо сохранять скорость реакции на непредвиденные ситуации.

Обычные солнцезащитные очки не способны подавить агрессивное воздействие бликов на поверхность глаза, заставляя щуриться.

Помимо определенного дискомфорта блики вызывают и серьезную усталость глаз, вызывая кратковременную, но значительную потерю остроты зрения.

Длительные исследования в области защиты от негативных явлений приобрели реальное воплощение с развитием технического прогресса.

Использование поляризационных линз в очках полностью блокируют блики. Если оптические свойства линзы сохранены при получении необходимого изгиба, человек не будет испытывать дискомфорта, рассматривая мир сквозь линзы таких очков.

Разница между обычными солнечными очками и очками с поляризационными линзами огромна.

Они не только блокируют яркие пучки света, но и представляют мир максимально контрастным, что позволяет моментально заметить любое изменение, а значит и своевременно среагировать на него.
Качественно разработанные модели поляризационных очков абсолютно комфортные, не вызывают ощущения усталости даже при длительном использовании.

Профессиональное использование оптического эффекта

Неспособность человеческого глаза различить многие контрасты в обычном дневном свете вовсе не означает отсутствие возможности оценить всю глубину и красоту момента.

Профессиональные фотографы прекрасно знают, что специальные фильтры позволяют увидеть истинное расстояние между почти прозрачными объектами.

Облака на фоне голубого неба выглядят невероятно пушистыми, объёмными.

Исследования учёных в области оптики позволили создать самый чувствительный микроскоп.

В его конструкцию включены поляризаторы и поляризационные компенсаторы, что позволяет получить максимальную четкость и контрастность мельчайших частиц, существование которых до этого даже не было определено.

Одним из подобных открытий стало определение элементов ядра клетки. Сейчас многие учёные даже не представляют свою работу без столь точной техники.

Поляризация активно используется во многих сферах человеческой жизни. Даже развлекательная индустрия не осталась в стороне, предложив любителям кино оценить фильмы в формате 3D.

Использование фильтров для разделения информации для каждого глаза, чтобы в результате получить абсолютно новое изображение, полностью меняющее представление о возможностях человеческого глаза и многогранности мира.