Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Но так как явление двойного лучепреломления имеет место в слюде, то при помощи слюдяной пластинки также можно сообщить определенную разность хода двум взаимно перпендикулярным компонентам. Гл. хУеее. интее'ФезгенЦии пОлявизОВАееееых лУчей 359 ИЛИ (110.6) т.е ф = 77 или ф = 2777й. В этом случае эллипс вырождается в прямую — + — ' =О, (110.7) т.е. свет остается линейно-поляризованным, но направление колебаний ММ переходит, например„из 1 — 3 квадрантов в 2 — 4 квадранты ! ХХ).
повернувшись на угол 180' — 2а рис. 18.2). х в) Пластинка в целую длину све- С товой волны (паастиюса в 1Л): М У (но — пе)а = Л или пеЛ, т.е. ср = 27г или ср = 277777. (110.8) Эллипс вырождается в прямую 180' — Ъх — — — = О, (110.9) а Ь т.е. луч остается линейно-поляризованным без изменения направления АЕ М колебаний. Все предшествующие рассужде- С ния относились к свету определенной длины волны, т.е, к небольшому спекРис. 18.2. Действие пластинки в 1/2 волны тральному интервалу.
При значительном разнообразии в длинах волн следует принять во внимание, что показатели преломлений для обеих волн зависят от длины волны (дисперсия), причем их разность также меняется с длиной волнье. Благодаря этому обстоятельству можно использовать прохождение поляризованного света через кристалл для разделения двух близких длин волн (поляризатеионный монохроматор Вуда) (см. упражнение 166). 8 111. Внутренняя структура естественного света Во всех рассуждениях предшествующего параграфа предполагалось. что свет, падающий на кристаллическую пластинку, линейнополлризован. Если бы падающий свет был естественным (т.е.
его можно было бы представить как совокупность многочисленных волн, поляризованных по всем возможным направлениям), то выходящий из пластинки свет представлял бы совокупность эллиптически-поляризованных волн без какой-либо преимущественной ориентации эллипсов, т.е. остался бы естественным. Поэтому для получения с помощью кристаллической пластинки эллиптически-поляризованного света необходимо падающий на нее свет предварительно линейно поляризовать. Однако и прохождение естествеге7еого света через кристаллическую пластинку вносит известные изменения во внутреннюю его структуру, превращая, например, естественный свет, 360 11ОЛЯРИЗАция СВЕТА состоящий из совокупности всевозможно ориентированных плоско- поляризованных волн, также в свет естественный, но представляющий совокупность всевоз можно ориентированных эллиптическиполяризованных волн. Это изменение можно обнаружить на опыте, как показал С.И.
Вавилов. Разобьем какой-нибудь пучок естественного света на два когерентных пучка, прибегнув к одной из общеизвестных интерферометрических схем. Встречаясь, пучки дают обычную интерференционную картину, например с максимумом в центре поля. Теперь поместим на пути одного из интерферирующих пучков естественного света полу- волновую кристаллическую пластинку .К и введем во второй пучок соответственно подобранную стеклянную пластинку Р, обеспечивающую компенсацию образовавшейся разности хода (рис.
18.3). Теперь Рис. 18.3. Схема опыта С.И. Вавилова для выяснения внутренней структуры естественного света: а — общая схема, Я вЂ” источник естественного света, 5'1 и Я2 — два его когерентных изображения, К вЂ” пластинка в полволны, Р компенсирующая пластинка, ЕЕ' плоскость наблюдения, Х поляризатор; о -- направления световых векторов в волнах, исходящих от Я1 и 52, до прохождения пластинок К и Р; в — направления световых векторов после прохождения светом пластинок К и Р встречающиеся интерферирующие пучки, оставаясь когерентными, не даютп ожидаемой интерференционной кар~ины; поле оказывается однородно освещенным. В этом проявилось изменение внутренней структуры естественного света, о котором речь шла выше.
Чтобы уяснить себе происходящее, представим естественный свет в первичном пучке как совокупность линейно-поляризованных волн с всевозможными направлениями поляризаций. В тои части света, которая проходит через полуволновую пластинку, произойдет поворот направления поляризации (переход из 1 — 3 квадрантов во 2 — 4 квадран- Гл, хъ'н1. интеРфеРенция нОЛЯРНЗОВАнных ИУчей 361 ты) (см. ~ 110, б)).
'1'аким образом, направления световых векторов в когерентных пучках, которые в отсутствие пластинки были одинаковы (рис. 18.3 б), теперь благодаря действию пластинки на один из пучков окажутся не совпадающими (рис. 18.3 в). Результаты интерференции будут различными в зависимости от угла между векторами ОМ1 и ОМд, так что в среднем не будет ни максимумов, ни минимумов; однако нельзя сказать, что мы получим такую же беспорядочную картину, как при наложении некогерентных лучей. Разложим каждый из световых векторов на две составляющие по АА и ВВ, направленные по биссектрисам между векторами.
Каждая пара составляющих, как когерентные и имеющие одно направление, интерферируют между собой. Однако действие полуволновой пластинки сказалось в том, что составляющие по АА сохранили прежнюю разность фаз, тогда как составляющие по ВВ оказались сдвинутыми дополнительно по фазе на я (ибо их проекции на ВВ направлены в разные стороны). Поэтому первые дают интерференционную картину с максимумом, как и прежде, в центре поля, а вторые — интерференционную картину с минимумом в центре поля, т.е. сдвинутую на 1,~2 полосы относительно первой картины.
А так как интенсивности той и другой компоненты в среднем одинаковы (в естественном свете нет преимущественного направления колебания), то обе одинаково яркие и сдвинутые на 1~'2 полосы интерференционные картины не дадут видимой интерференции. Однако эту «скрытую» интерференцию можно «проявить»: если смотреть на экран через поляризационную призму, ориентированную параллельно АА, то она погасит все компоненты, направленные по ВВ, и позволит видеть интерференционную картину с максимумом в центре поля. Повернув поляризатор параллельно ВВ, мы задержим все колебания, направленные по АА,и увидим вторую, дополнительную интерференционную картину с минимумом в центре поля. Очевидно, при поляризаторе, расположенном под углом в 45' к АА и к ВВ, интерференция по-прежнему не будет заметна.
Этот интересный опыт, осуществленный С.и. Вавиловым, позволяет, так сказать, обнаружить «эллиптическую поляризацию естественного света» результат, кажущийся на первый взгляд парадоксальным. й 112. Обнаружение и анализ эллиптически- и циркулярно-паляризованиого света Обнаружение особенностей эллиптически-поляризованного света связано с известными трудностями. Применив для анализа света какое-нибудь поляризационное устройство ), мы получим следующие результаты.
Сквозь поляризатор пройдет только часть света, соответствующая компоненте колеба.— ний, пропускаемых им; нетрудно видеть, что амплитуда прошедшего ) Поляризационное устройство, применяемое для анализа характера поляризация света, нередко называют анализатором. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА света зависит от ориентации главной плоскости поляризатора ХХ по отно1пению к осям эллипса. Амплитуда 4 равна половине длины стороны прямоугольника, параллельной Л'Х, в который вписан эллипс (рис.
18.4). При повороте николя поворачивается и прямоугольник. Амплитуда будет максимальной (4 = 6), когда плоскость ХХ совпадает с большой осью эллипса, и минимальной (А = а), если она параллельна малой оси. Поэтому при вращении поляризатора мы получим частичное затемнение или просветление поля, т.е. будет наблюдаться та же картина, как и при исследовании поляризатором частично поляризованного света. В частности, если свет поляризован по кругу, т.е.
а = 6, то вращение поляризатора совсем не будет влиять на интенсивность проходящего света, т.е. мы увидим ту же картину, как и при исследовании поляризатором естественного света. Таким образом, анализ при помощи поляризатора не позволяет отличить эллиптическиполяризованный свет от частично поляризованного, а циркулярно-поляризованный — от естественного.
Для полного анализа необходимо превратить эллиптически- или циркулярно-поляризованный свет в пло- Ж скополяризованный, анализ которого Рис. 18.4. Зависимость интен легко выполнЯетсЯ пРи помоЩи полЯсивности эллиптически-поля ризационнои призмы. ризованного света, проходяще- Способ получения плоскополяризого черезниколь, оториентации ванного света из излучения с эллиптической или круговой поляризацией ясен из рассмотрения соотношений, приведенных в ~ 110. Достаточно компенсировать разность фаз ~р между перпецдикулярными компонентами, доведя ее до я или 2я (или до нуля).
Для этой цели можно заставить изучаемый свет пройти через вспомогательную кристаллическую пластинку подходящей толщины или ориентации. а. Применение пластинки в 1/4 волны для ком пенс а ц и и р а з н о с т и ф а з. В эллиптически-поляризованном световом пучке между компонентами, направленными вдоль главных осей эллипса (а в циркулярно-поляризованном — между компонентами, направленными вдоль двух произвольно выбранных взаимно перпендикулярных диаметров), существует разность фаз я/2. Заставляя исследуемый свет пройти через пластинку в Л/4, мы добавим к этой разности ~я/2, т.е.
скомпенсируем имею|цуюся разность фаз, обращая ее в нуль или в я. Таким образом, исследуемый свет превращается в плоскополяризованный, в чем можно убедиться при помощи обычного поляризатора. Для указанной цели в случае циркулярно-поляризованного пучка можно ориентировать пластинку в Л/4 как угодно; в случае эллиптически-поляризованного пучка надо ориентировать ее так, чтобы главные направления пластинки совпадали с главными осями эллипса, определенными предварительно гл.
хУИ1. интеРФеРепция пОлЯРизОВАнных лУчей 363 при помощи поляризатора. Таким образом, анализ выполняется при помощи пластинки в Л/4 и поляризатора. Указанным приемом можно также определить направление вращения (правая и левая поляризации), для чего необходимо лишь предварительно знать, какое из двух колебаний в использованной пластинке в Л/4 распространяется с болыпей скоростью.
б.Применение компенсаторов для анализа э л л и п т и ч е с к и-п о л я р и з о в а н н о г о с в е т а. Для полного количественного анализа эллиптически-поляризованного света надо знать форму и расположение эллипса по отношению к любым направлениям, т.е. разность фаз двух взаимно перпендикулярных компонент любого направления. Для этой цели служат приборы, способные скомпенсировать до нуля (или дополнить до я) любую разность фаз. Такие приборы называются кольпенсаторами. В качестве примера рассмотрим компенсишор Бабине.
Он состоит из двух клиньев, обычно из кварца, вырезанных так, что оси их ориентированы под прямым углом друг к другу (рис. 18.5). Свет, проходящий в разных местах через компенсатор, получает ту или иную добавочную разность хода между двумя компонентами Рис. 18.5. Анализ эллиптически-поляризованного света с помощью компенсатора и поляризатора:  — компенсатор Бабине; свет, проходящий через разные участки компенсатора, имеет различное состояние поляризации колебаний светового вектора в зависимости от разности толщин клиньев в данном месте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
