Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 134

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 134)

Имея в виду эту аналогию, можно повторить проведенное выше объяснение, но теперь уже по отношению к атомам, и в рамках классической модуляционной картины,и в упрощенной квантовой схеме. Отметим, что неупругое рассеяние фотонов было предсказано теоретически 1А.

Смекаль, 1923 г.) для их взаимодействия именно с атомами. Однако экспериментально оно было обнаружено намного позднее комбинационного рассеяния молекулами. Комбинационное рассеяние ионами было обнаружено в 1963 г., а комбинационное рассеяние атомами — в 1967 г. Помимо описанного выше спонтанного комбинационного рассеяния существует еще и вынужденное комбинационное рассеяние (см. ~ 239). Глава ХХХ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ~ 163.

Введение Рассмотренные выше процессы дисперсии и рассеяния света не исчерпывают, конечно, явлений, возникающих при взаимодействии света и вещества. Среди них чрезвычайно важное место и в принципиальном, и в практическом отношении занимает явление вращения плоскости поляризации света. Было обнаружено, что явление это имеет место в весьма разнообразных телах, получивших название есшестивенно-активных. К числу таких тел принадлежат, например, сахар и ряд других органических веществ; поэтому измерение вращения плоскости поляризации стало ходовым аналитическим методом в ряде промышленных областей. Исследования доказали, что объяснение этого явления можно получить, рассматривая общую задачу взаимодействия паля световой волны с молекулами или атомами вещества, если только принять во внимание конечные размеры молекул и их структуру.

Отношение линейных размеров д молекул (атомов) к длине световых волн имеет порядок 10 з; для многих оптических проблем можно считать это отношение бесконечно малым, упрощая, таким образом, трактовку задачи и не затрагивая в то же время ее существенных черт. Таким приближением мы пользовались, например, в задаче о дисперсии, полагая, что поле, действующее на электрон в атоме, равно Гл. ххх. ВРАщение нлОскОсти ЦОлявизАции 553 просто Ьв яви, хотя поле волны, распространяющейся в направлении оси У, есть Е0 в1п (сЛ вЂ” Йг) и, значит, строго говоря, для каждого момента 1 поле в разных точках молекулы, соответствуюгцих различным значениям ~, различно.

Но так как в пределах молекулы различие г не превышает размера молекулы д, то оказывается, что, делая указанное упрощение, мы не вносим существенных изменений в результаты. Наоборот, в проблеме вращения плоскости поляризации подобное упрощение означает отказ от учета как раз той стороны дела, которая существенно определяет все явление.

Этот пример лишний раз показывает, что всякое упрощение (схематизация) задачи имеет относительный характер и должно быть строго обдумано применительно к рассматриваемой проблеме: в одних вопросах можно ограничиться первым приближением и дальнейшие уточнения не вносят существенно нового; в других необходимо более точно учитывать действующие факторы, переходя ко второму приближению, ибо только с его помощью могут быть выяснены существенные особенности задачи. С этой точки зрения проблема вращения плоскости поляризации имеет большой принципиальный интерес, заставляя нас принимать во внимание размеры молекул при взаимодействии с видимым светом, длины волн которого в тысячи раз больше этих размеров.

Интересно также отметить, что для полного решения проблемы надо учитывать не только электрический момент, приобретаемый молекулой, но также и создаваемый световой волной магнитный момент молекулы, что также является излишним во множестве других оптических задач. Сказанное о роли размеров молекул можно выразить иным, несколько более формальным, но общим образом. Дипольный момент, индуцируемый в молекуле, определяется значением напряженности поля Б не в одной точке, а в области с размерами, сопоставимыми с протяженностью молекулы. То же заключение относится, очевидно, и к связи межлу Б и вектором индукции 13. Таким образом, вследствие конечности размеров молекул связь между Б и 1Э оказывается нелокальной, т.е. значение Х) в какой-либо точке зависит от значений вектора Б в некоторой ее окрестности.

В '1 149 было выяснено, что нелокальность связи между 1Э и Б обусловливает целый ряд явлений, получивших название эффектов пространственной дисперсии. Врап1ение плоскости поляризации представляет собой простейший и наиболее сильный из этих эффектов, его величина. определяется отношением д/Л и 10 з. Остальные эффекты пространственной дисперсии слабее, так как зависят уже от (д/Л)2, я 164. Вращение плоскости поляризации в кристаллах Явление вращения плоскости поляризации было открыто Араго (1811 г.) при изучении двойного преломления в кварце, в котором оно выражено весьма заметно. Хотя в настоящее время известны вещества, вращакнцая способность которых в несколько раз больше, чем у кварца (например, киноварь), тем не менее кварц и до настоящего МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА времени остается классическим объектом для демонстрации явления и используется во многих приборах, предназначенных для исследования вращательной способности.

Кварц является одноосным кристаллом, так что при пропускании света вдоль оси он должен был бы вести себя как изотропное тело. Однако опыт показал следующую особенность. Пусть (рис. 30.1) параллельный пучок света от источника Я, поляризованный при помощи поляризатора Хг и сделанный приблизительно монохроматическим (светофильтр г), падает на пластинку кристаллического кварца ф вырезанную перпендикуляр- но к оптической оси, так что свет распространяется вдоль оси кварца. Если второй поляризатор Х2 ~ служз; щий анализатором, скрещен с первым (№ 1 Лг), то все же свет проходит через нашу Рис. 30.1.

Схема наблюдения вращения системУ. Однако, повоРачиплоскости поляризации в кристалле: Аг1, ваЯ полиризатоР Хв на неко- 1~' — поляризационные призмы у' — све- торыи угол, можно вновь дотофильтр; д — пластинка, вырезанная биться полного затемнения что перпендикулярно к оптической оси 7 описанном опыте поляризованный свет, прошедший через кварц, не приобрел эллиптической поляризации, а остался линейно-поляризованным; при прохождении через кварц плоскость поляризации лишь повернулась на некоторый угол, измеряемый поворотом анализатора №, необходимым для за,- темнения поля в присутствии кварца.

Меняя светофильтр, легко обнаружить, что угол поворота плоскости поляризации для разных длин волн различен, т.е. имеет место враи1ательная дисперсия. Грубые измерения, сделанные с фильтрами, показывают, что кварцевая пластинка толщиной 1 мм вращает плоскость поляризации на следующие углы: 15', 21', 27', ЗЗ', 51'. света красного желтого зеленого )) синего Э фиолетового ~0 = сга, (1б4.1) где у угол поворота, д толщина пластинки в миллиметрах, а коэффициент, зависящий от длины волны, природы вещества и температуры. Точные измерения дают для кварца для желтой линии (свет паров Ма, Л = 5893 А) а = 21',7.

Само собой разумеется, что Для данной длины волны угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине плаотинки. Вращательную способность твердых веществ характеризуют величиной угла гг, на который поворачивает плоскость поляризации пластинка толщиной 1 мм. Таким образом, 555 Гл. ххх. ВРАщение нлОскОсти ЦОлявизАции расположение, показанное на рис. 30.1, симметрично относительно оси кристалла и вся картина. остается неизменной, если поворачивать кристалл вокруг его оси.

Опыт показывает, что направление вращения (знак) меняется при изменении направления распространения света. Поэтому, если поляризованный свет, прошедший через кристалл, отражается от зеркала и вторично проходит через тот же кристалл, то направление плоскости поляризации восстанавливается. В соответствии с этим принято направление вращения устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу световому пучку.

Наблюдения вращения в кварце обнаружили, что существуют два сорта кварца: правовраи1аюи1ий, или положительный, дающий поворот плоскости поляризации вправо (по часовой стрелке), и лебоераи~аюи1ий, или отрицательный (поворот против часовой стрелки). Величина вращения в обоих случаях одинакова (а+ — — а ). То же относится и к другим кристаллам: все они, по-видимому, существуют в двух разновидностях, для которых а+ —— а , хотя не во всех случаях известны обе модификации. Конечно, явление вращения плоскости поляризации имеет место и тогда, когда свет направлен не вдоль оси кристалла, а под углом к ней.

Но изучение его в этих условиях значительно труднее, ибо явление частично маскируется обычным двойным лучепреломлением. Еще труднее наблюдать явление в двуосных кристаллах, так как вращение может быть различным вдоль каждой из осей. Наконец, известны также некоторые кристаллы кубической системы, не обнаруживающие обычно двойного лучепреломления, но обладающие свойством вращать плоскость поляризации (хлорноватистокислый натрий МаС10з и бромноватистокислый натрий МаВгОз); в этом случае величина вращения не зависит от ориентации кристалла.

~ 165. Ъ'точнение методов определения вращательной способности В опытах, описанных в ~ 164, угол поворота плоскости поляризации определялся в результате двух ориентаций № на темноту: в отсутствие и в присутствии активного вещества. Такая установка довольно груба и нередко заменяется более точными. Широкое применение находят полутеневые устройства, обеспечивающие значительно ббльшую точность измерения. Такой прибор состоит из поляризатора и полутеневого анализатора, направления колебаний в двух половинах которого составляют между собой малый угол 2~р. Простейший полутеневой анализатор можно получить, если обычную поляризационную призму разрезать вдоль по главному сечению, сошлифовать у каждой 1'ис.

Характеристики

Список файлов книги