Д.В. Белов - Электромагнетизм и волновая оптика (1115538), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Если, однако, падающий на пластинку свет плоско поляривован, как это имеет место в интерференционной схеме на рис.153,то все выходящие из пластинки цуги волн поляризованы одинаково:эллипсы имеют одинаковые эксцентриситеты и общую ориентацию осей.Такую волну, состоящую из одинаково эллиптически поляривованных цугов, называпт э л л и п т и ч е с к иполяризованнойволной.В частных случаях.при определенных соотношениях фаз и амплитудвекторови, эллиптическая поляризация переходит в линейную икруговую. Если колебания векторовне приобретают сдвига фаз, т.е.ипри прохождении пластинки2тіт, то свет нѳпретерпитизменений и выйдет из пластинки линейно поляризованным в прежнейплоскости. Для этого согласно (40.1 ) толщина пластинки должна удивлѳтворять условию d (п - п ) = тХ (пластинка в целую волну).187Если в моиѳнт выхода из пластинки фааыколебаний векторовипротивоположны,т.е,f^= (2m+l)ri,то свет останетсялинейно поляризованным,HO плоскость поляризации иаиѳнится: налравлѳния электрическихвекторов в падавшрй и прошедшей пластинкуволнах сиыметричны относительно оптическойоси пластинки (рис,1 5 9 ).Такая ситуация воааникает, если толщина пластинки удовлетворяет условию d *п, 'і2т+1)Х/2 (пластинка в полуволну).Наконец, если приобретаѳиая в пластинке рааность фаа равна нечетному числу п/2,т.©,(2ю+1) іт/2, и амплитуды колеРис.159баний векторов Ё и б одинаковы.
то эллипс переходит в окрулность- такой свет называют п о л я р и з о в а н н ы мпо к ру г у,или ц и р к у л я р н ополяривованныи.Для егополучения, во-первых, толщина пластинки должна удовлетворять условию d (п^-п^!= = (2m +l ) х/4 (пластинка в четверть волны) и, вовторых, направление вектора Ё в падаюшэй волне ^направление пропускания поляризатора N i N z на рис.153) должно составлять угол а = 45°с направлением оптической оси пластинки - это обеспечит равенствоамплитуд:= Е/Ѵ^.Заметим, что во всех рассмотренных частных случаях хараистерполяризации легко угадывается без привлечения математического аппарата.
Достаточно иаобрааить взаимно перпендикулярные векторыи мьюленно проследить аа изменением во времени их суммарного вектора при заданной раености фаз. Подчеркнем также, что пластинки в целуй волну, в половину и четверть волны оказывают описгшное выше поляризующее действие только на свет той длины волны, для которой онирассчитаны.§ 41 . ИСКУ(Х!ТВЕННАЯ ОПТИЧЕСКАЯ АНИЗОТРОПИЯОптическую анизотропию, подобную той, которой о(5ладают двоякопрѳломляющиѳ кристаллы.мокно создать и в ооычных изотропных средах,если подвергнуть их соответствующему внешнему воздействию.
В такихслучаях говорят оо искусственной анизотропии.В изотропном твердом теле искусственную анизотропиюm o s c h o вызвать, подвергая его механическим воздействиям. В частности, если воднородном и изотропном прозрачном ооразце из стекла, плексигласа ит.п. создана однородная дѳ(5ормация растяжения или сжатия в некотором направлении, то оно становится (физически выделенным (расстояниямежду атомами в этомнаправлении изменяются ооль(пе, чем в других),вто время как все перпендикулярные к нему направления остаются равноправными.Такой образец в оптическом отношении подоОен одноосномудвоякопреломляю(дѳму кристаллу, причем направление наиоольвіей де(І)ормации играет роль оптической оси (на рис.160 направление оптическойоси обозначено (итриховой линией).188При нѳ слишком большихнапряжениях о- возникающаяразность показателей преломления (п^- п^), котораяслужитмерой оптической анизотропии, пропорциональнанапряжению:In^I = Ко- ,(41.1)где коэффициент пропорциональности К зависит от свойств вещества.
В случае неоднородной деформации напряжения в разных точках теларазличны, а следовательно, неодинаковы и разности показателей преломленияп^. Еслипоместить такой деформированный ооразецвместо двоякопреломляющей пластинки в интерференционной схеме рис. 153, то на его поверхности возникнетсложная интерференционная картина. Так как интенсивРис.160ность в каждой точке картины определяется оптическойразностьюхода о- и е-лучей а (п^), где а - толщина образца,то она согласно (41.1) в конечном счете зависит от напряжения всоответствующем месте образца.Это позволяет изучать характер напряжений, возникающих вразличных конструкциях, изготовляя прозрачныемодели этихконструкций и подвергая их при соблюдении условий моделирования соответствующим деформациям.Искусственную анизотропиюможно вызвать, помещая вещество, находящееся в твердом, жидком или газообразном состоянии, в электрическое поле - так называемый эффект Керра.
Под действиемэлектрического поля дипольныѳ моменты молекул (собственные в случаеполярных молекул и индуідфованныѳ полем в случае неполярных) ориентируются вдоль направления напряженности поля, которое тем самымстановится физически выделенным в веществе, в то время как перпендикулярные к нему направления остаются равноправными.
Следовательно, характер возникающей анизотропии соответствует одноосному двоякопреломляющему кристаллу, причем направление напряженности поляиграет роль оптической оси. Теория и опыт показывают, что индуцируемая полем разность показателей преломления (п^) пропорциональна квадрату напряженности Ё электрического поля;= А'E(41 .г)где коэффициент пропорциональности к зависит от свойств вещества.Явление Керра находит ряд важных применений вследствие своегобыстродействия; время установления анизотропного состояния, соответствущего мгновенному значениюнапряженности поля, ничтожно мало(до 10'^^с.) Роль конструктивного элемента обычно играет ячейкаКерра,представляющая собой наполненную жидкостьюпрозрачнуюкювету.189вкоторуюпогруженышіастшш конденсатора ^рис.ібі).
ЕслипоместитьячейкуКерравместодвоякопреломляпцейпластинкивинтерференционнойсхемерис.153, тоинтенсивность прошедшегосвета,котораязависитотоптичесIкойразностиходао- ив-лучейd (п^(d - длинаобкладокконденсатора), будет —согласно (41.2) следовать за изменением ZIнапряжениянаконденсаторе,причем практическибезьшерционно.Такимспособоммо^«HO модулировать интенсивность световойволны, подаваяна обкладки конденсатораРис.161переменноенапряжение, создаватьбыстродействующиефотозатворы (прискрещенныхполяризационныхустройствахячейкане пропускает светапри E = O иначинаетпропускатьсветпрактически одновременно сшспючениемполя) ит.
д.Искусственнаяанизотропиявозникаетввеществеиподдействиеммагнитаорополя (эффект Коттон-Мутона), приэтомIn^- п, I = д н^,(41.3)где Й- напряженностьмагнитногополя, D ~ коэффициент пропорциональности, зависящийотсвойстввещества. Явление Коттон- Мутонаобусловленоориентациеймагнитныхмоментовмолекулвовнешнем магнитномполеивэтомсмыслеподобноявлениюКерра- вобоихслучаяхмеханизмэффектасвязансориентациеймолекулпод действием поля.Поэтомуобаэффектаподчиняются одинаконим закономерностям: рольоптическойосив томидругомслучаеиграетнаправлениенапряженностиполя; квадратичнаязависимостьотполяозначает, чтообаэффектачетные, т.ѳ. независятотизменениянаправления поляна противоположное;коэффициентыкъ D убывают сростом температуры, поскольку при этомусиливаетсядезориентирующеедействие теплового движениямолекул: наконец, оба эффектаобладают дисперсией, т.е.
коэф(&ШИѲНТЫ кTii D зависят от длины световой волны.§42.ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИВ природе существуют вещества, называемые оптически,или естественно, активными, которыеобладаютспособностьюповорачивать плоскость поляризации света: по мерераспространения в такой среде вектор 6 (и соответственно Й) волныповорачивается в плоскости, перпендикулярной лучу, и при выходе изсреды составляет некоторый угол со своим первоначальнымнаправлением. В этом можно убедиться на следующемопыте (рис.162): если поместить оптически активное вещество между двумя скрещенными поляри190зационными устройствами, тонаступает просвѳтлѳниѳ, однако, поворачивая анализатор (на рис.162 нѳ показан) на некоторый угол f, можноснова добиться полного затемнения. Это доказывает, что свет послепрохоадѳния вещества остался плоско поляризованным, но плоскостьколебаний вектора Й повернулась на соответствующий угол.Уголповорота f плоскости поляризациипропорционален пути і ,пройденному светом в оптически активном веществе:f = аI ,(42.1)где постоянная вращенияа зависит от свойстввещества, а также существенно зависит от длины световой волны(~1/х), т.е.
явлениювращения плоскостиполяризацииприсуща сильнаядисперсия (CM. далее мелкийшри&г и формулу (42.3)).Оптически активное веществоПоляризаторРис.162К оптически активным относятсянекоторые кристаллы (типичныйпредставитель - кварц), жидкости как чистые (скипидар-),так и представляющие соОойраствор оптически активных веществ в неактивныхрастворителях (водный раствор сахара, спиртовые растворы хинина,камфоры и др.), а также пары оптически активных веществ. Для растворов и паров уголповорота плоскости поляризации пропорционаленконцентрации с , т.е.
в (42.1) о = Iai с :» = 1а! с(42.2)Это связано с тем, что для некристаллических веществ вращаицее действие обусловлено анизотропией самихмолекул, так что суммарный эффект пропорционален числу активныхмолекул, оказавшихся на путилуча. На законе (42.2) основаны экспериментальные методы определения концентрации оптически активных веществ в растворах по углувращения плоскости поляризации проходящего через них света ( п о ляриметрия, сахариметрия).Количественно эффект вращения зависит от направления падаюпщхлучей по отношениюк характерному физически выделенному направлению191в кристалле или отдельной оптически активной молекуле, однако направление вращения для данного вещества вполне определенное. В соответствии с этим все оптически активные вещества подразделяются направо-и левовращающие: первые поворачивают плоскость поляризации по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу,вторые - против часовой стрелки (рис.ів2 дан для левовращающего вещества).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
