Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 98
Текст из файла (страница 98)
282) обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза н, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла и (и и,) проходит призму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами. Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т, е.
различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором нз-за снльнага селективного поглощения обыкновенного луча уже при толщине пластинки 1 мм нз нее выходит только необыкновенный луч. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичнаго кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.
Дихроичные кристаллы приобрели еще более важное значение в связи с изобретением поляроидов. Примером полароида может служить тонкая пленка нз целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатнта (сернокислаго иод-хннина), Герапатит — двоякопреламляющее вещество с очень сильно выраженным дихроизмам в области видимого света. Установлено, что такая пленка уже при толщине як 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершенным поляризатором Преимущество палярондав перед призмамн — возможность изготовлять их с площадями поверхностей до нескольких квадратных метров.
Однако степень поляризации в ннх сильнее зависит от Х, чем в призмах. Кроме того, их меньшая по сравнению с призмами прозрачность (приблизительна 30 а„') в сочетании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать поляроиды в мощных световых потоках. Поляроиды применяются, например, для защиты ат ос. лепляюшега действия солнечных лучей и фар встречного автотранспорта. Разные кристаллы создают различное па значению н направлению двойное лучепреломление, поэтому, пропуская через них поляризованный свет и измеряя его изменение после прохождения кристаллов, можно определить нх оптические характеристики и производить минералогический анализ.
Для этой цели используются поляризациониые микроскопы. й 194. Анализ поляризованного света Пусть на кристаллическую пластинку, вырезанную параллельно оптической оси, нормально падает плоскопаляризованный свет (рис. 283). Внутри пластинки он разбивается на обыкновенный (а) и необыкновенный (е) лучи, которые в кристалле пространственно не разделены (но движутся с разными скоростями), а на выходе из кристалла складываются. Так как в обыкновенном и необыкновенном лучах колебания светового вектора совершаются ва взаимно перпендикулнрных направлениях, то на выходе из пластинки в результате сложения этих колебаний возникают световые волны, вектор Е (а следовательно, н Н) в которых меняется со временем так, что его конец описывает эллипс, ориентированный произвольно относительно координатных осей.
Уравнение этого эллипса (см. (148,2)): к 2кУ У вЂ” — — — соз гр+ — =з)п гр, (194.1) Е, 'Е,Е, Е,' о 'о' Рнс. 283 Г л а в а 25 Поляризация света 313 где Е, и Е, — соответственно составляющие напряженности электрического поля волны в обыкновенном н необыкновенном лучах, ф — разность фаз колебаний.
Таким образом, в результате прохождения через кристаллическую пластинку плоскополяриэованный свет превращается в эллилгичвски поляризованный. Между обыкновенным и необыкновенным лучами в пластинке возникает оптическая разность хода Л=(ло — и,) ее, или разность фаз 2л ф= — (и — и ) о(, о е где е( — толщина пластинки, ьо — длина волны в вакууме. Если Ь=(н,— л,)а=к/4, ф= ~я/2, то уравнение (194.1) примет вид Х' Д' — + — =1, Е' Е' о е т. е.
эллипс ориентирован относительно главных осей кристалла. При Е,=Е. (если световой вектор в падающем на пластинку плоскополяризованном свете составляет угол а=45' с направлением оптической оси пластинки) ха+Уз= Ео, т. е. на выходе из пластинки свет оказывается циркулярно поляризованным. Вырезанная параллельно оптической оси пластинка, для которой оптическая разность хода Л=(еео — л,) й= ~ + — ) 1 1 'ь (он=О, 1, 2, ...), называется пластинкой в четверть волны (пластинкой Х/4). Знак плюс соответствует отрицательным кристаллам, мииус— положительным.
Плоскополяризованный свет, пройдя пластинку )./4, на выходе превращается в эллиптически поляризованный (в частном случае циркулярно поляризованный). Конечный результат, как уже рассматривали, определяется разностью фаз ф и углом а Пластинка, для которой 1 'т (и, — и,) е( = + ен+ — Х (он=О, 1, 2, ...), называется пластинкой в полволны и т. д. В циркулярно поляризованном свете разность фаз ф между любыми двумя взаимно перпендикулярными колебаниями равна ~я/2, Если на пути такого света поставить пластинку Х/4, то она внесет дополнительную разность фаз ~я/2. Результирующая разность фаз станет равной О или и. Следовательно (см.
(194.!)), циркулярно поляризованный свет, пройдя пластинку ь/4, становится плоскополяризованным. Если теперь на пути луча поставить поляризатор, то можно добиться полного его гашения. Если же падающий свет естественный, то он при прохождении пластинки )/4 таковым и останется (ии при каком положении пластинки и поляризатора погашения луча не достичь). Таким образом, если при вращении поляризатора при любом положении пластинки интенсивность не меняется, то падающий свет естественный. Если интенсивность меняетси и можно достичь полного гашения луча, то падающий свет циркулярно поляризованный, если полного гашения не достичь, то падающий свет представляет смесь естественного и циркулярно поляризованного.
Если на пути эллиптически поляризо-. ванного света поместить пластинку Х/4, оптическая ось которой ориентирована параллельно одной из осей эллипса, то она внесет дополнительную разность фаз ~п/2. Результирующая разность фаз станет равной нулю нли я. Следовательно, эллиптически поляризованный свет, пройдя пластинку Х/4, повернутую определенным образом, превращается в плоскополя. ризованный и может быть погашен поворотом поляризатора.
Этим методом можно отличить эллиптически поляризованный свет от частично поляризованного или циркулярно полнризованный свет от естественного. 314 5. Онтннн. Квантовая природа нзяуненнн Рнс. 284 Л=((п,— п,)=аз!Ет п,--п,=й,а (! 95.1) 2 195. Искусственная оптическая аннзотропия Двойное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах (см. $ !92) Существуют, однако, различные способы получеикя искусственной оптической анизотропин, т.е.
сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам. Оптически изотропные вещества ста. новятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия илн растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.); 2) электрического поля (эффект Керра *; жидкости, аморфные тела, газы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).
В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением деформации, электрического нли магнитного полей соответственно указанным выше воздействиям. Мерой возникающей оптической анизотропин служит разность показателей преломления обыкновенного н необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси: (в случае деформации); л,— и,= йзЕ (в случае электрического поля); и.— п,=йзН (в случае магнитного полн), где йн йт, йз — постоянные, характеризующие вещество, а — нормальное капряжение (см. $2!), Е и Н вЂ” соответственно напряженность электрического и магнитного полей.
На рис. 284 приведена установка для наблюдения эффекта Керра в жидкостях (установки для изучения рассмотренных явлений однотипны). Ячейка Керра — кювета с жидкостью (напркмер, нитробензо- + Д. Керр (1824 †!904) — шотлвндсннй фнзнк. лом), в которую введены пластины конденсатора, помещается между скрещенными поляризатором Р и анализатором А. При отсутствии электрического поля свет через систему не проходит. При наложении электрического поля жидкость становится двоякопреломляюшей; прн изменении разности потенциалов между электродами меняется степень анизотропии вещества, а следовательно, и интенсивность света, прошедшего через анализатор. На пути! между обыкновенным и необыкновенным лучами вознинает оптическая разность хода (с учетом формулы (!95.1)) или соответственно разность фаз 9 =2л /з/4 =2пВ(Ез, где В= йт/д — постоянная Керра.
Эффект Керра — оптическая анизотропия веществ под действием электриче. ского поля — объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным направлениям. Это явление практически беэынерционно, т. е. переход вещества из изотропного состояния в анкзотропиое при включении поля (и обратно) составляет приблизительно !О '"с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекаюших процессах (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, изучение скорости распространения света и т. д.), в оптической локации, в оптической телефонии и т. д. Искусственная анизотропия под действием механических воздействий позволяет исследовать напряжения, возникающие в прозрачных телах, В данном случае о степени деформации отдельных участков изделия (например, остаточных деформа- !'л а в я 25 Поляризация света ций в стекле при закалке) судят по распре.
делению в нем окраски. Так как применяемые обычно в технике материалы (металлы) непрозрачны, то исследование напряжений производят на прозрачных моделях, а потом делают соответствующий пересчет на проектируемую конструкцию. 9196. Вращение плоскости поляризации Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жидкостей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации. Рис. 285 Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте (рис. 285). Если между скрещенными поляризатором Р и анализатором А, дающими темное поле зрения, поместить оптически активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения анализатора просветляется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
