И.Е. Иродов 'Волновые процессы. Основные законы' (510774), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В зависимости от толщины й данной кристаллической пластинки, вырезанной параллельно оптической оси, характер поляризации прошедшего через нее света будет отличаться друг от друга. Рассмотрим несколько частных случаев, представляющих наибольший практический интерес. 1. Пластинка в четверть волны (короче 1/4) — зто пластинка, толщина Ь которой удовлетворяет условию 3~п, — и,)= т —, где т = 1,3,5, 1 (6.8) т. е.
при нечетных значениях т. Эта пластинка согласно (6.6) вносит дополнительную разность фаз Ь - и/2 (точнее, тп/2, т — нечетное) между проходящими через нее обыкновенной и необыкновенной волнами, поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти плоскости определяют в пластинке два направления, называемые главными направлениями пластинки: одна параллельна оптической оси, другая — перпендикулярна ей. При таких значениях 3 свет, прошедший через пластинку, будет в соответствии с формулой (6.7) эллиптически-поляризованным, причем эллипс будет приведен к осям Х и У (рис. 6.13, где ось 00' — оптическая ось).
Направления вращения вектора Е чередуются: если, например, при т = 1 по часовой стрелРэс. 6.13 ке, то при т = 3 против и т. д. Если линейно поляризованный свет падает на пластинку так, что угол между его плоскостью поляризации р и оптической осью пластинки д = 46' (см. рис. 6.11), то амплитуды обыкновенной и необыкновенной волн будут одинаковы, и на выходе из пластин- Поляризация авета 1ав ки мы получим круго-поллризованнььй свет — эллипс вырождается в окружность (рис. 6.14).
Пластинки в )ь/4 изготовляют обычно из кварца. Качество пластинки (насколько она соответствует четвертьволновой) можно проверить, исследуя с помощью поляроида (анализатора) выходящий из нее круго-поляризованный свет: враще- Рие. зля ние анализатора вокруг оси пучка не должно приводить к изменению интенсивности света. Пластинку в Х/4 можно использовать и для обратного превращения круго-поляризованного света в линейно-поляризованный. Плоскость поляризации выходящего света при этом составляет угол 45' с оптической осью пластинки.
2. Пластинна в полвоины (короче )ь/2). Ее толщина )ь удовлетворяет условию ьь~п, — а~= т —, где т = 1,3,5,..., 1 (6.9) т. е. тоже при нечетных значениях т. На выходе из такой пластинки между обыкновенной и необыкновенной волнами возникает согласно (6.6) дополнительная разность фаз б = я (точнее тх, т — нечетное). Это значит, что свет, вышедший из пластинки, остается линейно-поляризованным, однако направление колебаний вектора Е (плоскость поляризации) повернется на угол 2ьр симметрично главному сечению пластинки (рис. 6.15).
При ьр = 45' такая пластинка »поворачивает» плоскость поляризации на 90', т. е. плоскость поляризации прошедшего через пластинку света будет ортогональна плоскости поляризации падающего света. Необходимость такого »поворота» нередко встречается в экспериментальных установках. Следует также обратить внимание на то, что при четных значениях т (2, 4,...) в формуле (6.9) прошедший через пластинку свет остается линейно-поляризованным в той же плоскости, что и падающий свет. Т. е. такая пластинка ничего нового не вносит.
Ее часто называют пластинкой в целую волну. 7 — 6327 Глава 6 )о' Рис. 6.16 Рис. 6.15 3. Компенсатор. Для анализа поляризованного света наряду с пластинкой Х/4 используют устройства, позволяющие скомпенсировать до нуля (или дополнить до и) любую разность фаз между двумя взаимно ортогональными колебаниями. Это так называемые компепсаторы.
Простейший компенсатор состоит из двух кварцевых клиньев (рис. 6.16). Вместе они образуют кристаллическую пластинку, оптическая ось которой параллельна ее граням (это показано штриховкой на рисунке). Один из клиньев можно перемещать относительно другого с помощью микрометрического винта, изменяя таким образом толщину компенсатора-пластинки, а значит и вносимую этой системой разность фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами.
Если на компенсатор падает нормально линейно-поляризованный свет, плоскость которого составляет угол 46' с его оптической осью, то с увеличением толщины компенсатора растет и разность фаз взаимно ортогональных волн, проходящих через него. В результате мы будем наблюдать картину (рис. 6.17), показывающую как меняется характер поляризации прошедшего света с ростом разности фаз 5.
Напомним, что согласно (6.7) значения б на рис. 6.17 определяют насколько (по фазе) колебания Е„опережают колебания Е„(опережают — в алгебраическом смысле). Поляризация света 195 Из рис. 6.17 видыо, что направление поляризации, как было отмечено ранее, периодически меняется. Если сначала было правое, т. е. по часовой стрелке (для наблюдателя), то затем с ростом толщины Ь компенсатора-пластинки, а значит и б, оно переходит в левое, т. е. против часовой стрелки и т. д. Анализ поляризованного света. В практике часто встречается необходимость выяснить, каков характер поляризации исследуемого света, как отличается характер поляризации одного света от другого. Рассмотрим несколько наиболее типичных случаев.
1. Свет плоскополяризованный. В этом можно убедиться с помощью любого поляризатора: при вращении его плоскости пропускания вокруг направления пучка интенсивность проходящего света будет изменяться, и при некотором положеыии свет полностью гасится. Значит, исследуемый свет плоскополяризованный.
2. Свепз естественный и поляризованный по кругу. Как их различить? Для этого одыого поляризатора недостаточно: в обоих случаях при вращении его плоскости пропускания вокруг напрвлеыия пучка интенсивность проходящего света не меняется.
Если же предварительно ввести пластинку Х/4, то поляризованный по кругу свет превращается в плоскополяризованный, поскольку эта пластинка вносит дополнительную разность фаз 1к/2. Результирующая разность фаз окажется равной 0 или и, и свет станет плоскополярнзованным. Его можно погасить поляризатором. Если же свет естественный, то он останется таковым и после прохождения пластинки Х/4. В этом случае погасить свет не удастся: при любом положении плоскости пропускания поляризатора интенсивность прошедшего света будет одинаковой. 3. Свет эляиптически-поляризованнъсй и частично-поляризованный.
Для их различия опять следует поместить в световом пучке пластинку Х/4, а за ней поляризатор. Если вращением пластинки вокруг направления пучка найдется такое положение, при котором свет, прошедший через нее, можно погасить, вращая поляризатор, то свет эллинтически-поляризованный. Если зто сделать не удастся, то свет частично-поляризованный. Конечно, есть и более сложные случаи, но мы их рассматривать не будем, поскольку это связано лишь с техническим усложнением процедуры определения. 166 Глава 6 4. Право- и лееояоллризоеанкый сееш. Для отличия правой круговой поляризации от левой поступают аналогично: на пути светового пучка ставят пластинку 1/4, на которой указано направление колебаний, распространяющихся с бдлыией скоростью, его называют (3-направлением.
Эти колебания опережают по фазе на к/2 колебания, ортогональные б-направлению. а) б) Рвс. 6.16 Допустим для определенности, что поляризация правая (рис. 6.18, а, где оси Х и У выбраны произвольно), т. е. вращение вектора Е происходит ло часовой стрелке (для наблюдателя). В етом случае перед пластинкой колебания Е„опережают колебания Е„по фазе на в/2 (это было объяснено на стр. 192). Установив пластинку 1/4 в пучок, мы к имеющейся разности фаз л/2 добавим еще к/2, В результате получим, что разность фаз между ортогональными колебаниями окажется равной л, а зто значит, что свет станет плоскополярнзованным, причем его плоскость поляризации будет повернута влево относительно (3-направления пластинки 1/4 на угол 46'. Если же поляризация была левая (рис. 6.18, б), то колебания Е„отстают от колебаний Е„по фазе на я/2.
Совместив р-направление нашей пластинки с произвольно выбранной осью У, мы компенсируем отставание на к/2, н в результате разность фаз окажется равной нулю, т. е. из пластинки будет выходить свет, плоскость поляризации которого повернута вправо относительно (3-направления (рис. 6.18, б) тоже на угол 46'.
Направление плоскости поляризации в обоих случаях легко найти с помощью поляризатора. Пслярязацяя света 9 6.5. Интерференция поляризованных волн Когерентность поляризованных волн. Если на кристаллическую пластинку, вырезанную параллельно оптической оси, нормально направить пучок естественного света, то из пластинки выйдут две волыы с взаимыо ортогональными плоскостями поляризации. Естественный свет — результат излучения различных независимых атомов источника света, испускающих отдельные некоррелированные друг с другом цуги волн.
Эти цуги участвуют в образовании обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле. Однако вклад каждого отдельного цуга в эти две волны, вообще говоря, не одиыаков. Этот вклад больше в ту волну, плоскость поляризации которой составляет меньший угол с плоскостью поляризации данного цуга. Другими словами, обыкновенная и необыкновенная волны в основыом порождаются разными цугами, входящими в состав естественного света.
Поэтому обыкыовеныая и необыкновенная волны, распространяющиеся в одноосном кристалле и выходящие из него (при падении естественного света), некогерентыы. Однако обе волны можно сделать когерентными, если на пути естественного света установить поляризатор Р перед кристаллической пластинкой, причем так, чтобы плоскость его пропускания составляла некоторый угол р я О с оптической осью кристалла (обычно угол у делают равным 46'). В этом случае колебания каждого цуга разделяются между обыкновенной о и необыкновенной е волнами. Именно поэтому волыы о и е оказываютя когерентными — ыеобходимое условие для их интерференции.
Интерференция поляризованных воли. Сказанного еще недостаточно, если мы задались целью наблюдать интерференцию этих волн. Дело в том, что интерференция никогда не наблюдается, если складываемые волны поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Выход простой: поставить на пути вышедшего из пластиыки света еще один поляризатор. Он сведет два взаимно ортогональных когерентных колебания к одыой плоскости. Интерференция будет обеспечена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
