Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 99
Текст из файла (страница 99)
е. если фазы ~р„и ~р» некоррелированы, то то же можно сказать и о фазах тр„ и трн + Л~р. 7. Круговой поляризатор можно получить, сложив вместе поляроидную пластинку н пластинку в г,~«Х, оптические осп которой составляют угол в 45' с осью пропускания поляроида. Лрп этом неполяризованный свет сначала должен проходить через поляроид. 8. Круговой поляроид, создающий свет с правой спиральностью, будет пропускать 100«8 (пренебрегаем малыми потерями на отражение) света с такой спнральностью, падающего со стороны пластинки в т)«Х. Он будет полностью поглощать свет с левой спиральностью, падающий со стороны пластинки в т)«Х.
(Эти свойства кругового поляризатора можно понять по аналогии с фильерой для нарезания резьбы и винтом. Будем считать, что фильера «преобразуеь цилиндрический, т. е. «неполяризованный», стержень в винт с правой нарезкой. Очевидно, что «правый» вивт может проходить через фильеру как в прямом, так и в обратном направлениях, в то время как «левый> винт будет срезаться.) Этот факт имеет интересные следствия. (См.
домашний опыт 8.18.) Мы рассмотрели задерживающие пластинки, полученные односторонним растяжением пластика. (Повторите эти опипы!) Именно этим способом изготовлены пластинки в т~«Х и т)» ), которые имеются в вашем оптическом наборе *). Обычное оконное стекло изотропно н, следовательно, нс вызывает двойного лучепреломления (т. е. у него нет оптической оси). Если смотреть через скрещенные поляроиды на кусок стекла, находящийся между ними и испытывающий давление, то можно заметить, что в некоторых местах свет будет проходить через такую систему (мы увидим некоторые части стекла). Сильно сжатое небьющееся стекло дает интересный пример двойного лучепреломлення.
На поверхности предметов из пластика, находящихся под давлением и помещенных между скрещенными поляроидами, образуются красивые цветные узоры (мы смотрим на пластик через поляроид), которые возникают потому, что сдвиг фаз различен для разных длин волн. Свойством двойяого лучепреломлеиия обладает большинство кристаллов. Если (подобно растянутому пластику) у них есть только одно направление анизотропии, они называются одноосными кристаллами. Направление оси анизотропии называется ьеобыкновенньи 380 ') См. сноску на стр, 368.
направлением. Другие два направления, перпендикулярные оси анизотропии, называются обыкновенными направлениями. Показатели преломления для волны, электрическое поле которой направлено по необыкновенной или по обыкновенной оси, обозначаются через п, и а, соответственно. Является ли ось анизотропии быстрой или медленной, зависит от кристаллической структуры. В табл. 8.1 приведены показатели преломления желтого света, испускаемого возбужденным атомом натрия, для некоторых кристаллов (Л= 5890 Л). Таблица зд Некоторые охиоосиые кристаллы Оптическая активность.
Для наблюдения оптической активности сделайте следующий интересный опыт. Налейте в стеклянную (но ие пластмассовую) банку или бокал примерно пятисантиметровый слой фруктового сиропа или концентрированного раствора сахара. Расположите один поляроид под банкой, а второй над ней. Источник света поместите снизу и посмотрите на свет через верхний поляроид. Вы увидите красивые цветные узоры. Чтобы ограничить интервал длин волн, воспользуйтесь красным или зеленым фильтром. (Интервал длин волн, пропускаемый фильтром, можно определить с помощью дифракционной решетки.) Меняйте толщину слоя раствора. Вы обнаружите, что линейно-поляризованный свет останется линейно-поляризованным, но направление поляризации поворачивается примерно на 1О' по часовой стрелке на каждый сантиметр раствора.
Это явление называется оптаческой активностью. Попробуем его объяснить. Линейно-полярнзованный свет, образованный первым поляроидом, может быть представлен как суперпозиция двух компонент с правой и леной круговой поляризацией, имеющих равные интенсивности (рис. 8.12): Ее= Е хеом = — ' (хе'о'-,'-уец'" чео'1+ — ' 1хе'"'+ уеме'" ы1л>).
(59) с о о т Молекулы сахара имеют винтовую структуру. Все молекулы сахара, сделанного, наприл1ер, из сахарного тростника, имеют одинаковое направление закручивания винта (одвнаковую спиральность). Спиралыюсть винта не зависит от того, с какой стороны мы на него смотрим. Поэтому раствор, в котором молекулы сахара ориентированы случайно, имеет спиральность, которая совпадает со 881 / / / / / 1 1 \ \ / / / 3 1 ! \ я \ \ 1 1 1 / / / / Рис. 8.12. Линейно.поляризованные колебания с амплитудой Е, можно рассматринать как суперпозицию левой и правой круговой поляриаацни с амплитудами Е/Г2.
Направление линейной поляризации зависит от разности фаз круговых коыпанент. свет, отраженный от зеркала после прямого прохождения. Удвоится ли вращение? Или же вращения вообще не будет? /?ерове из великих открытий Пастера. Луи Пастер обнаружил, что оптически неактивная форма винной кислоты является сйгесью равного числа молекул винной кислоты, имеющих левую и правую спиральности.
Изучая кристаллы винной кислоты под микроскопом, он обнаружил в неактивной (рацемической) смеси кристаллы обеих спиральностей. С помощью маленького пинцета ему удалось разделить кристаллы с правой и левой спиральностью. Водный раствор кристаллов данной спиральности поворачивает плоскость поляризации точно так же, как естественная винная кислота, полученная из винограда. Другая группа выделенных кристаллов вращает плоскость поляризации на тот же угол, но в другом направлении. Последний тип кристаллов винвой кислоты никем до Пастера не наблюдался *). Наблюдаемая у органических молекул живых организмов сппральность определенного знака, несомненно, является ключом к разгадке эволюции жизни на нашей планете. Все молекулы ДНК (основа клетки) имеют свойства правой спирали.
Почему? Может ли ато быть результатом случайного начального выбора? Может быть, ") С этим и другими великими экспериментами Пастера, вы можете познакомиться в книге: Кепе П и Ь о в, Раэ2еог апо' Мобегп осзепсе, /яец/ Уогк, 1збо. спнральностью одной молекулы. Из-за винтовой структуры молекул раствор сахара имеет различные показатели преломления для света с правой и левой круговой поляризацией. При распространении через раствор сахара линейно-поляризованной волны (такая волна есть суперпозиция двух волн с левой и правой круговой поляризациями) одна из поляризованных по кругу компонент опережает по фазе другую. Сделав чертеж и немного подумав, вы можете убедиться, что направление поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного света (имеется в виду вращение в зависимости от глубины раствора) совпадает с направлением вращения быстрой компоненты (быстрой компоненте соответствует меньший показатель преломления).
Подумайте, что произойдет, если через раствор сахара послать в обратном направлении когда-то в океане было равное количество примитивных организмов, состоящих из левых и правых ДНК, а затем по каким-то причинам «левые» организмы исчезли? На эти вопросы еще нет ответа *). Отражение от металла. Мы знаем, что свет, отраженный от диэлектрика (стекла, воды), может быть сильно поляризован (для угла Брюстера поляризация достигает 100%). Кажется удивительным, что свет, отраженный от блестящих металлических поверхностей, практически не поляризован. Причина в том, что зеркальная металлическая поверхность почти полностью отражает обе компоненты.
Именно поэтому поверхность кажется такой яркой. Она казалась бы темнее, если бы одна компонента поляризации отражалась в меньшей степени, чем другая. (Чтобы убедиться в этом, поместите посеребренное зеркало рядом с куском стекла и смотрите на обе поверхности под углом Брюстера для стекла. Стекло расположите на черном фоне.) Итак, блестящая поверхность металла не создает поляризованного света нз падающего на нее неполяризованного света. Было бы неверно делать из этого факта поспешный вывод, что поверхность металла не оказывает влияния и на поляризованный свет. Кусок целлофана не образует поляризованного света из падающего неполяризованного света, однако он может изменять поляризационное состояние падающего поляризованного света.
Таким же свойством обладает блестящая поверхность металла. Вы можете убедиться в этом, проделав несложный опыт, в котором линейно-поляризованный свет превращается после отражения от металла в свет, поляризованный по кругу. (См. домашний опыт 8.28.) 8.5. Ширина полосы, время когерентности и поляризация Здесь будет рассмотрен вопрос о поляризации света, испускаемого атомами. Мы воспользуемся классической моделью электрона, связанного с тяжелым ядром.
Электрон колеблется и испускает классические электромагнитные волны; такой атом можно сравнить с небольшой радиоантенной. В классической картине мы пренебрегаем тем, что свет испускается и поглощается порциями (фотонами). Несмотря на пренебрежение <зернистой» структурой света, большинство результатов классической теории находит подтверждение в более сложной квантовой теории. Основное различие между обеими теориями в том, что в классической теории поток энергии в электромагнитной волне считается непрерывным, а в квантовой теории он состоит из отдельных порций — фотонов. Однако уравнения Максвелла (уравнения классической электромагнитной теории) дают правильное описание среднего потока энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
