В.А.Горбаренко - Физическая оптика (1022087), страница 10
Текст из файла (страница 10)
ПоляризаторыПоляризатор - устройство для получения линейно поляризованного света. То направление в плоскости поляризатора, которое совпадает с направлением вектора Е световой волны на выходе из поляризатора, называется осью пропускания или простоосью поляризатора.Существуют два типа поляризаторов - поляризационныепризмы и поляроиды.Поляризационная призма состоит обычно из двух трехгранных призм, по меньшей мере одна из которых вырезается из оптически анизотропного кристалла. Проходящий через призмусвет проходит границу раздела двух призм, на которой условияпреломления света для компонент пучка, поляризованных в двухвзаимно перпендикулярных направлениях, резко различны.
В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могутвыполняться условия полного внутреннего отражения, в результате чего через призму проходит лишь другая компонента. Рассмотрим основные типы поляризационных призм.В призме НиколяOРис.4.11(рис.4.11.) две составслойляющие ее призмы с опклеятической осью, направO'ленной по ОО’, склееныклеем с показателем преeломления nk, для котороговыполнено соотношениеne< nk< no.
При выполнеoнии этого условия обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела призма-клей и выводится из призмы.74а)Рис.4.12б)В призме Глана (рис.4.12а) оптическая ось перпендикулярнаплоскости рисунка, между двумя составляющими призмами имеется воздушный промежуток, и условие полного внутреннего отражения для обыкновенной волны достигается подбором преломляющих углов этих призм.В призме Рошона (рис4.12б ОО' - оптическая ось) обе волны, обыкновенная и необыкновенная, выходят из призмы, однакораспространяются в разных направлениях.Поляроид изготавливается из вещества, обладающего свойством дихроизма - способностью неодинаково поглощать волныразной поляризации. Причем коэффициент поглощения одной изних может быть настолько велик, что вся она поглощается надлине порядка нескольких десятков или сотен микрометров.
В тоже время волна, поляризованная в перпендикулярном направлении, проходит через вещество практически не поглощаясь. Поэтому поляризаторы, изготовленные из веществ, обладающихсильным дихроизмом, представляют собой тонкие пленки.4.4.2. Фазовые пластинкиФазовые пластинки позволяют получить свет эллиптическойполяризации, а также поворачивать плоскость поляризации линейно поляризованного света.75Пусть на кристалл, оптическая ось которого параллельнаповерхности, падает нормально линейно поляризованная волна.Эта волна разбивается на две: обыкновенную и необыкновенную.На входе в кристалл фазы обеих волн одинаковы, но по мере распространения они приобретают разность фаз δ за счет различияпоказателей преломления для обыкновенной и необыкновеннойволн δ = 2π (no − ne )d , где d- толщина кристалла.λВ п.4.1.4 было показано, что две когерентные линейно поляризованные световые волны, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны, при наложении друг на друга дают эллиптически поляризованный свет, свет поляризованный по кругуили линейно поляризованный свет.
Реализация каждого из этихслучаев зависит от разности фаз этих волн, т.е. от толщины кристаллической пластины d, разности показателей преломления no иne и соотношения амплитуд обыкновенной и необыкновеннойволн. Если вырезать из кристалла пластинку параллельно оптической оси толщиной , удовлетворяющей условию(no − ne )d = λ / 4 + kλ ,(k= 0,1,2,..),. то такая пластинка создаст на выходе из нее разность фаз обыкновенной и необыкновенной волн δ=π/2, и результирующая световая волна в общем случае будет иметь эллиптическую поляризацию (см.(4.3)). Такая пластинка называется пластинкой в четверть волны.Если линейно поляризованная волна падает на четвертьволновую пластинку так, что угол между плоскостью колебанийвектора Е и оптической осью пластинки равен 45о, то выполняется условие Ео=Ее, и свет на выходе будет циркулярно поляризованным (рис.4.13) с левым или правым вращением вектора Е взависимости от знака разности фаз.Пластинка, толщина которой удовлетворяет условию(no − ne )d = λ / 2 + kλназывается полуволновой пластиной.
При прохождении через неелинейно поляризованного света между обыкновенной и необыкновенной волнами возникает разность фаз δ=π, и результирующая волна будет иметь линейную поляризацию (см. (4.4) и (4.5).76Направление колебаний вектора Е в ней будет повернуто на угол2α относительно направления вектора Е в падающей волне(рис.4.14).Рис.4.13Рис.4.14Преобразование типа поляризации света фазовыми пластинками является обратным, т.е. при падении, например, на четвертьволновую пластинку циркулярно поляризованная волнапреобразуется в линейно поляризованную.4.5. Анализ поляризованного света4.5.1.
Закон МалюсаПри падении на поляризатор линейно поляризованная волнас амплитудой Е распадается на две волны со взаимно перпендикулярными направлениями поляризации (рис.4.15, поляризаторобозначен буквой А). Та из них, для которой ориентация вектораЕ совпадает с направлением пропускания поляризатора ОО, имеет амплитуду Ее=Епадcosθ, где θ - угол между вектором Е падающей волны и осью пропускания поляризатора.Другая волна имеет амплитуду Ео=Епадsinθ и задерживаетсяполяризатором.
Таким образом, интенсивность линейно поляризованного света на выходе из поляризатора удовлетворяет соотношению, называемому законом МалюсаI=Iпадcos2θ,(4.6)где Iпад - интенсивность падающего света.77EOÏАEeOEoÀА'Рис.4.15Если на поляризатор падает естественный свет, в которомравновероятно представлены компоненты вектора Е всех направлений, то необходимо применить закон Малюса к каждой компоненте, а затем провести усреднение по всем возможным углам θот 0 до 2π.
Тогда получим1(4.7)I = I пад cos2 θ = I пад .2Если на пути естественного света поставить два поляризатора, то, применив последовательно закон Малюса, для естественного света получим, что на выходе из такой системы интенсивность света равна:1(4.8)I = Iпад cos2 θ .24.5.2. Анализ поляризованного светаПоляризаторы и фазовые пластинки позволяют исследоватьхарактер поляризации световых волн. Поляризатор, используемый для анализа характера поляризации, часто называют анализатором.Поставим на пути луча света интенсивности I0 поляризатор.При вращении поляризатора вокруг своей оси возможны два исхода: интенсивность пропускаемого поляризатором света либо неизменяется, либо изменяется.
Если интенсивность пропускаемогосвета при вращении поляризатора не изменяется (рис.4.16), то онлибо вообще не поляризован, либо циркулярно поляризован. Если интенсивность пропускаемого света при вращении поляриза-78тора изменяется, товозможно два случая:либо интенсивностьсвета уменьшается донуля (рис.4.17а), либоона никогда не достигает (рис.4.17б) нуля.Если интенсивность уменьшается донуля, то свет линейнополяризован.Еслиинтенсивностьнеуменьшается до нуля,то свет либо эллиптически поляризован,Рис.4.16I(α)ΑπααΑ2πΑyΑyEΑzΑzΑxΑxлибо частично поляризован.Таким образом, при помощи одного только поляризатораможно однозначно установить характер поляризации лишь длялинейно поляризованного света.
Для анализа эллиптически (циркулярно) поляризованного света используются фазовые пластинки λ/4, превращающие этот свет в линейно поляризованный, который затем исследуется при помощи анализатора. Естественныйи частично поляризованный свет не меняет характер поляризацииI(α)I(α)ImaxIminΑπEΑ2πααΑπΑyααΑ2πΑyΑyEΑzΑxа)ΑzΑzΑxРис.4.17Αxб)79после прохождения четверть волновой пластинки.4.5.3.
Степень поляризацииСтепенью поляризации частично поляризованного света называется величинаI −IP = max min ,(4.9)I max + I minгде Imax -максимальная, а Imin -минимальная интенсивности исследуемого света, пропущенного через анализатор, при поворотеанализатора на угол 2π. Полностью поляризованный свет с линейной поляризацией имеет Imin= 0 (см.рис.4.17a), и для него P=1.Для естественного света (см.рис.4.17б) Imax=Imin и P=0.4.5.4.
Оптическая активностьОптическая активность – способность некоторых веществвызывать вращение плоскости поляризации проходящего черезних света.Оптическая активность бывает двух видов: естественная иискусственная. Естественной оптической активностью обладаютнекоторые кристаллические тела, жидкости и растворы оптически активных веществ без внешних воздействий.
Искусственнаяоптическая активность наблюдается в веществах, ранее оптически неактивных, при наложении внешних воздействий.4.5.5. Естественная оптическая активностьНа рис.4.18 представлена схема для наблюдения явления оптической активности. Линейно поляризованный свет с векторомrЕ , колеблющимся вдоль направления х, падает на оптически активную среду, например на кварцевую пластинку, вырезаннуюперпендикулярно оптической оси ОО`. Направим световой лучвдоль оси ОО`. В этом направлении n0 = ne, и, казалось бы, никаких эффектов наблюдаться не должно.
Оказывается, что послепрохождения активной среды плоскость поляризации световойволны поворачивается на угол ф.80Рис.4.18Основной закон оптической активности – законБио, связывает угол поворота плоскости поляризации ф с длиной активнойсреды l.ф = аl ,где α - постояннаявращения, измеряемая вград*мм-1. Для растворовф = [a ]cl ,где [a ] - удельная постоянная вращения, измеряемая в град*мм-1, с – концентрация раствора.Поворот может происходить либо по часовой стрелке, тогдавещество называется правовращающим (ф > 0), либо против часовой стрелки, тогда вещество называется левовращающим(ф < 0).Френель предложил следующее качественное объяснениевращения плоскости поляризации света. Линейнополяризованr rную плоскую монохроматическую волну Е = Е0 cos(ωt − kx) можнопредставить в виде комбинации двух одновременно распространяющихся циркулярно поляризованных плоских монохроматичеrrских волн той же частоты, векторы Е1 и Е2 которых равны помодулю Е0/2, и вращаются по взаимно противоположным направлениям с одинаковой угловой скоростью ω.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
