Оптика (Огурцов А.Н. - Физика для студентов), страница 5

Внутриnполосы поглощения наблюдается аномальнаядисперсия.Зависимостью коэффициента поглощения отдлиныволныобъясняетсяокрашенностьλ поглощающих тел.Поляризация света.29. Естественный и поляризованный свет.При действии света на вещество основное значение имеет электрическаясоставляющая электромагнитного поля световой волны, поскольку именно онаоказывает основное действие на электроны в атомах вещества.Поэтому, для описания закономерностей поляризации будемрассматривать только световой вектор – вектор напряженности Eэлектрического поля.Свет представляет собой суммарное электромагнитноеизлучение множества независимо излучающих атомов. Поэтому всеориентации вектора E будут равновероятны. Такой свет называетсяестественным (рис.

(а)).Поляризованным светом называется свет, в которомEкаким-либообразомнаправленияколебаниявектораупорядочены.Частично поляризованный свет (рис.(б)) – свет сОптика6–226–23преимущественным направлением колебаний вектора E .Плоскополяризованный свет – свет, в котором вектор E колеблетсятолько в одной, проходящей через луч плоскости (рис. (в) на предыдущейстранице и рис.

(а) и (б) на этой).Этаплоскостьназываетсяплоскостью поляризации.Если концы вектора E стечением времени описывают вплоскости, перпендикулярной лучу,окружность или эллипс (рис.(в)), тосвет называется циркулярно илиэллиптически поляризованным.− I minIСтепенью поляризации называется величина P : P = maxI+I minгде I max и I min – соответственно, максимальная и минимальmaxная интенсивности частично поляризованного света. Для естественного светаI max = I min и P = 0 , для плоскополяризованного I min = 0 и P = 1 .Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный,используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания толькоопределенного направления.

В качестве поляризаторов используются среды,анизотропные в отношении колебаний E .31. Поляризация света при отражении и преломлении.Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков, тоотраженный и преломленный лучи являются частично поляризованными.В отраженном луче преобладают колебания перпендикулярные плоскостипадения, а в преломленном – колебания, лежащие в плоскости падения.Если угол падения равен углу Брюстера, который определяется соотношением tg iB = n21 , то отраженный луч является плоскополяризованным.Преломленный луч в этом случаеполяризуется максимально но неполностью. При этом отраженныйи преломленный лучи взаимноперпендикулярны:30.

Закон Малюса.32. Двойное лучепреломление.Двойное лучепреломление – это способность прозрачных кристаллов(кроме оптически изотропных кристаллов кубической системы) раздваиватькаждый падающий на них световой пучок. Это явление объясняетсяособенностямираспространениясветаванизотропных средах инепосредственно вытекает из уравнений Максвелла.Если на кристалл направить узкий пучок света, то изкристалла выйдут два пространственно разделенныхлуча параллельных друг друга и падающему лучу.Даже в том случае, когда пучок падает на кристаллнормально, преломленный пучок разделяется на два:один из них является продолжением первичного(называетсяобыкновенным(o)),авторойотклоняется (называется необыкновенным (e)).Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому лучсвета распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называетсяоптической осью кристалла.

Плоскость, проходящая через направлениелуча света и оптическую ось кристалла называется главной плоскостьюкристалла.о- и e-лучи плоскополяризованы во взаимно перпендикулярныхплоскостях: колебания светового вектора в о-луче происходят перпендикулярноглавной плоскости, в е-луче – в главной плоскости. о-луч распространяется повсем направлениям кристалла с одинаковой скоростью υ0 = c n0 – показательПропустим естественный свет с интенсивностью I ест через поляризатор T1 .Колебание амплитуды A , совершающееся в плоскости, образующей сплоскостью поляризатора угол ϕ , можно разложить на дваколебания с амплитудами A// = A cos ϕ и A⊥ = A sin ϕ .ИнтенсивностьпрошедшейволныпропорциональнаA//2 = A2 cos 2 ϕ . В естественном свете все значения ϕравновероятны, поэтому доля света, прошедшего через2поляризатор, будет равна среднему значению cos ϕ =12,аинтенсивность плоскополяризованного света, прошедшегоI0 =через первый поляризатор T1 равнаIестI0ψI0cos2ψТ1Поставим на пути плоскополяризованногосвета второй поляризатор T2 (анализатор)под углом ψ к первому.

Интенсивность Iсвета, прошедшего через анализатор,меняется в зависимости от угла ψ по законуМалюса:I = I 0 cos 2 ψ .Т2Следовательно,I ест.2интенсивностьсвета,прошедшегочерездва11поляризатораI = I ест cos 2 ψ . Поэтому, I max = I ест , когда поляризаторы22параллельны и I min = 0 , когда поляризаторы скрещены.А.Н.Огурцов. Физика для студентовsin iBsin iB= n21 ,= n21 ⇒cos iBsin i2cos iB = sin i2 или iB + i2 = π 2 ,но iB′ = iB , поэтому iB′ + i2 = π 2 .tg iB =Степень поляризации отраженного и преломленного света при различныхуглах падения можно рассчитать из уравнений Максвелла, если учестьграничные условия для электромагнитного поля на границе раздела двухдиэлектриков (Лекц.5, п.49).преломления n0 для него есть величина постоянная.

е-лучи распространяютсяпо различным направлениям с разными скоростями υe = c ne – показательпреломления ne необыкновенного луча является переменной величиной,зависящей от направления луча.Оптика6–246–2533. Поляризационные призмы и поляроиды.Явление двойного лучепреломления используется при изготовленииполяризационныхприспособлений – поляризационных призм иполяроидов. Например, в призмеНикóля – двойной призме изисландского шпата, склеенной вдольAB канадским бальзамом (n = 1,55)– обыкновенный луч ( n0 = 1,66)испытывает полное отражение (так как канадский бальзам для него средаоптически менее плотная), а плоскополяризованный необыкновенный луч(ne = 1,51) выходит из призмы.

(Оптическая ось призмы OO′ составляет свходной гранью угол 48º).Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма –различного поглощения света в зависимости от ориентации электрическоговектора световой волны. Дихроичные кристаллы используются припроизводстве поляроидов – тонких пластиковых пленок, в которые вкрапленыкристаллики веществ с сильно выраженным дихроизмом (например, герапатит)– такие пленки уже при толщине ~0,1мм полностью поглощают обыкновенныелучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершеннымполяризатором.34. Искусственная оптическая анизотропия.Воптическиизотропныхвеществахвозможноиндуцироватьискусственнуюоптическуюанизотропиюподвоздействием:1) одностороннего сжатия или растяжения; 2) электрического поля (эффектКерра); 3) магнитного поля (эффект Коттона-Муттона).

При этоминдуцированная оптическая ось совпадает с направлением деформации,электрического или магнитного полей.Эффект Керра – оптическая анизотропия веществ под действиемэлектрического поля – объясняется различной поляризуемостью молекулвещества по разным направлениям.Если приложить разность потенциаловкячейкеКерра–кюветесисследуемойжидкостью,котораяразмещенамеждускрещеннымиполяризатором P и анализатором A , ивкоторуюпомещеныпластиныконденсатора – то жидкость становится двоякопреломляющей и свет проходитчерез анализатор.

Разность показателей преломления обыкновенного и2необыкновенного лучей: ne − n0 = Bλ 0 E , где λ 0 – длина волны света ввакууме, E – напряженность электрического поля, B – постоянная Керра,которая зависит от температуры, длины волны света и природы вещества.Эффект Коттона-Муттона – магнитный аналог эффекта Керра —возникновение оптической анизотропии у некоторых изотропных веществ при2помещении их в сильное внешнее магнитное поле. При этом ne − n0 = C λ 0 H ,где H – величина напряженности внешнего магнитного поля, C – постояннаяКоттона-Муттона, которая зависит от температуры, длины волны света иприроды вещества.А.Н.Огурцов.

Физика для студентов35. Вращение плоскости поляризации.Некоторые вещества (например, кварц, сахар, скипидар), называемыеоптически активными, обладают способностью вращать плоскостьполяризации. Угол поворота плоскости поляризации ϕ = α ⋅ d , где d – толщинаслоя вещества, α – удельное вращение – угол поворота плоскостиполяризации слоем оптически активного вещества единичной толщины. При−2этом α ~ λ 0 – закон Био ( λ 0 – длина волны света в вакууме). Для растворовугол ϕ зависит еще и от концентрации c раствораϕ = α⋅c⋅d .Если между скрещенными поляризатором P и анализатором A поместитьоптически активное вещество, то полезрения анализатора просветляется.Поворачиваяанализаторможноопределить угол ϕ , при котором полезрения вновь становится темным –угол поворота плоскости поляризации оптически активным веществом.