Архипкин В.Г., Патрин Г.С. Лекции по оптике (2006) (1095916), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Необыкновенная волна, не испытывая полного внутреннего отражения, проходит через воздушный промежутокво второй кристалл и образует на выходе линейно поляризованный пучок света. Втаком варианте призма работает как поляризатор света. Разумеется, призма Гланаможет работать и как анализатор. Коэффициент пропускания призмой линейно поляризованного света зависит от взаимной ориентации вектора поляризации волны иоптической оси кристаллов.Компенсатор. Компенсаторами называются устройства, позволяющие плавно изменять разность фаз ортогональных колебаний светового поля. С помощью компенсатора можно преобразовать эллиптически поляризованный свет в линейно поляризованный, а также измерить параметры эллипса поляризации.
На Рис.13.6 показанасхема компенсатора Бабине. Компенсатор представляет собой пару кварцевых клиньев, образующих вместе плоскопараллельную пластину. Главные показатели преломления кварца n0 = 1, 544 и ne = 1, 553. Оптические оси клиньев направленыперпендикулярно друг другу и перпендикулярно световому пучку. В такой конфигурации не происходит двойного лучепреломления, однако пучок распадается на обыкновенную и необыкновенную волны, бегущие с разными скоростями.
Разность фазортогональных колебаний поля, вносимая компенсатором, определяется выражением2π(ne − no )(h1 − h2 ),(13.6)λгде λ— длина световой волны, ne,o — главные показатели преломления кристалла,h1,2 — расстояния, пройденные световым лучом в первом и во втором клиньях.
Этаразность фаз плавно меняется при перемещении компенсатора поперек световогопучка.Управление поляризацией света. Физические явления, происходящие при распространении света в анизотропном кристалле, можно использовать для управленияполяризацией света. Так, с помощью компенсатора можно управлять параметрамиэллипса поляризации поляризованного светового пучка. На практике часто бываетнужно преобразовать линейную поляризацию в круговую и наоборот, а также менять направление линейной поляризации или направление вращения в циркулярнополяризованной волне. Для этих целей служат специальные пластинки из анизотропных кристаллов — так называемые четвертьволновые и полуволновые пластинки.Пусть плоская монохроматическая световая волна нормально падает на кристаллическую пластинку, вырезанную из одноосного анизотропного кристалла параллельно его оптической оси — оптическая ось кристалла параллельна грани пластинки,на которую падает свет.
Попадая в кристалл, световая волна распадается на двелинейно поляризованные волны с ортогональными направлениями поляризации —обыкновенную и необыкновенную. Так как показатели преломления кристалла для∆ϕ =142обыкновенной и необыкновенной волн различны, то при распространении в кристалле между обыкновенной и необыкновенной волнами возникает фазовый набег2π(ne − no )d,∆ϕ =(13.7)λd— толщина пластинки. Изменение разности фаз ортогональных компонент светового поля изменяет состояние поляризации световой волны На этом основано действиепластинок, управляющих поляризацией света.Рассмотрим четвертьволновую пластинку. Такая пластинка преобразует линейную поляризацию света в эллиптическую и наоборот.
Толщина пластинки d подбирается такой, чтобы ∆ϕ = π/2 или (ne −no )d = λ/4, т.е. разность хода обыкновенногои необыкновенного лучей в пластинке равна четверти длины волны. Когда оптическая ось кристалла составляет угол в π/4 с направлением поляризации падающейна нее световой волны линейная поляризация света преобразуется в круговую, таккак при этом на входе пластинки ортогональные колебания светового поля в обыкновенной и необыкновенной волнах синфазны и одинаковы по амплитуде. На выходепластинки эти колебания оказываются сдвинутыми по фазе на π/2 и, следовательно,выходной пучок имеет круговую поляризацию. Поворотом пластинки на π/2 относительно оси светового пучка можно изменить направление круговой поляризациина обратное.
Аналогичным образом можно осуществить и обратную операцию —преобразования круговой поляризации света в линейную.Полуволновая пластинка. Такая пластинка поворачивает плоскость поляризациисвета на π/2. В этом случае ∆ϕ = π и (ne − no )d = λ/213.3. Интерференция поляризованных лучей. Явление интерференции, при котором две световые волны способны взаимно погасить друг друга, возможно, лишь приусловии, что волны имеют одинаковое направление поляризации. Если же волныполяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, то они не могут погаситьдруг друга ни при какой разности фаз и, следовательно, не могут давать интерференционную картину. Более того, интенсивность света вообще не зависит отразности фаз ортогональных компонент поля.Отсюда следует, что обыкновенная и необыкновенная волны, распространяющиесяв анизотропном кристалле, не могут интерферировать между собой.
Действительно,наблюдения показывают, что при прохождении светового пучка через пластину прозрачного анизотропного кристалла его интенсивность не меняется, т. е. интенсивность света на выходе равна интенсивности входного пучка. При этом сохранениеинтенсивности света имеет место независимо от разности фаз, возникающей междуобыкновенной и необыкновенной волнами в кристалле.Фазовый набег, возникающий между обыкновенной и необыкновенной волнамив анизотропном кристалле влияет не на интенсивность, а на поляризацию света.РИС. 13.7.
Схема для наблюдения интерференции поляризованных лучей: П — поляризатор, К — кристалл, А — анализатор.143Изменение поляризации можно трансформировать в изменение интенсивности, еслипропустить световой луч через поляроид. Таким образом, используя поляризационные приспособления, можно наблюдать зависимость интенсивности света отразности фаз ортогональных компонент поля световой волны. Такое явлениеназывают интерференцией поляризованных лучей.Схема наблюдения интерференции поляризованных лучей показана на Рис.13.7.Ее основными элементами являются источник света, поляризатор и анализатор.Обычно поляризатор и анализатор устанавливают в "скрещенном"положении, т.е.так, что система в целом не пропускала свет.
Если теперь в световой пучок междуполяризатором и анализатором внести пластинку из анизотропного кристалла, тосистема начнет пропускать свет.Если положения поляризатора и анализатора фиксированы, то интенсивность света на экране зависит от взаимной ориентации поляризатора и кристалла, а также отфазового набега ∆ϕ, возникающего между обыкновенной и необыкновенной волнамив кристалле. В частности, если оптическая ось кристалла составляет угол π/4 с плоскостью поляризации падающего на него света и ∆ϕ = π, т.е. кристаллическая пластинка работает как полуволновая, то плоскость поляризации света поворачиваетсяв пластинке на ∆ϕ = π/2 и вышедший из пластинки свет полностью пропускаетсяанализатором. В этом случае свет на экране имеет максимальную интенсивность,равную интенсивности входного светового пучка.
При этом же положении кристалла, но при ∆ϕ = 2π вращения плоскости поляризации света не происходит и свет наэкране не появляется.Фазовый набег, возникающий между обыкновенной и необыкновенной волнами вкристалле, зависит от материала пластинки, ее толщины, а также от длины световой волны.
Поэтому, если в системе, показанной на Рис.13.7, используется белыйсвет, волны разных частот приобретают в кристалле разные фазовые набеги ∆ϕ,по-разному изменяют состояние поляризации и, следовательно, по-разному пропускаются анализатором. Таким образом, коэффициент пропускания системы зависитот длины световой волны. Это приводит к тому, что свет, прошедший через систему,приобретает окраску.13.4. Наведенная анизотропия: электрооптические и магнитооптические эффекты. Свойства анизотропной среды могут приобретать и изотропные материалы,если они подвергаются "анизотропному" внешнему воздействию. Жидкости, пластмассы, стекла демонстрируют оптическую анизотропию под воздействием механического напряжения, внешнего электрического поля или мощного поляризованноголазерного импульса. Эти явления называют наведенной или искусственной анизотропией.Эффект Керра.
Некоторые вещества, состоящие из анизотропных молекул и необладающие собственным дипольным моментом, приобретают анизотропию под действием внешнего электрического поля. Этот эффект называют эффектом Керра.Анизотропия этих молекул проявляется в том, что дипольный момент, который приобретает молекула во внешнем электрическом поле, зависит от направления поля: внекотором направлении молекула поляризуется внешним полем легче, чем в других.Это направление называют осью наибольшей поляризации.144Хаотическая ориентация анизотропных молекул в пространстве (в жидкостях игазах) приводит к тому, что оптическая анизотропия не проявляется: ни одна из ориентации молекул не является преимущественной, поэтому макроскопически (в объеме, содержащем большое число молекул) среда оказывается оптически изотропной, ихарактер распространения света не зависит от его направления и поляризации.
Однако, если такое вещество поместить во внешнее электрическое поле, то возникающийпри этом момент силы, действующей на индуцированный полем диполь, заставляетмолекулу повернуться таким образом, чтобы ось наибольшей поляризуемости сориентировалась преимущественно вдоль поля. В результате хаотическая ориентация осейнаибольшей поляризуемости молекул сменяется частично упорядоченной ориентацией, и среда становится оптически анизотропной, подобно одноосному кристаллу, вкотором направление оптической оси совпадает с направлением поля.~ совпадает направлением ориентирующегоСветовой волне, в которой вектор Eвнешнего поля (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
