1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

ь ь дл!ь) 2с с дь (2.71) В области нормальной дисперсии показатель преломления возрастает с частотой, т. е. би/г!в)0, и поворот направлении поляризации происходит в ту сторону, в которую идет ток в обмотке электромагнита, создающего поле. Это справедливо как для света, распространяющегося вдоль магнитного поля, так и навстречу. Угол ~р, как видно из (2.71), пропорционален индукции В магнитного поля и пройденному расстоянию а=1. Таким образом, электронная теория дисперсии объясняет эмпирический закон (2.64) н позволяет по известной зависимости л(в) вычислить постоянную Верде р: (2.72) 2<лс дь 2глс дх Для закона дисперсии и (Л), описываемого формулой Коши (2.41), зависимость постоянной Верде от длины волны, согласно (2.72), имеет вид 1<(Л) -1/Ла, что находится в полном соответствии с экспериментальными данными.

В непосредственной близости к собственной частоте осцилляторов во эффект Фарадея описывается более сложными закономерностями. В уравнении движения осциллирующего электрона (2.66) необходимо учитывать затухание. Можно показать (см. задачу), что для циркулярно поляризованных волн, распространяющихся вдоль магнитного поля, дисперсионная кривая и спектральный контур линии поглощения имеют для данной среды тот же вид, что и при отсутствии магнитного поля, отличаясь только сдвигом по шкале частот на й вправо для волны с положительным направлением вращения вектора Е и на й влево — для волны с противоположным направлением вращения Е. На рис. 2.9 штриховыми линиями показаны графики функций л+(в) и и (в), а их разность и — л+ — сплошной линией.

Видно, что в окрестности во дважды изменяется знак эффекта Фарадея: в интервале частот -2й вблизи во поворот направления поляризации происходит в отрицательную сторону, а вне этого интервала — в положительную. Однако следует иметь в виду, что в данном случае эффект не сводится только к повороту направления поляризации падающей волны. В окрестности во существенно поглощение света, причем при данном значении в коэффициенты затухания хь(в) для циркулярно поляризованных составляющих падающей волны имеют разные значения (круговой дихроизм). Поэтому после прохождения через образец амплитуды этих составляющих не равны и при их сложении получается эллиптнчески поляризованный свет. л Важно сознавать, что в эффекте Фарадея магнитное поле влияет на состояние поляризации света лишь косвенно, изменяя характеристики среды, в которой распространяется свет.

В вакууме магнитное поле никакого влияния на свет не оказывает. Зависимость понввагелей пре- Обычно угол поворота направления ломленин о масгогм ллн пирнуполяризации очень мал, но благодаря парно полнрнвонвннмх волн в высокой чувствительности экспернмен- магнитном поле тальных методов измерения состояния поляризации эффект Фарадея лежит в основе совершенных оптических методов определения атом- ных констант.

Контрольные вопросы Г~ В чем эакпючается физическая причина поворота плоскости поляризации при распространении света вдаль магнитного поля в веществе? Почему это не происходит в вакууме? 1' Как угол поворота направлении поляризации выражается через показатели преломления для циркулнрио поляризованных волн? П Что представляют собой нормальные моды изатропного осциллятора в магнитном поле? П При отражении волна с правой круговой поляризацией превращается в волну с левой поляризацией и наоборот. Почему же при отражении линейно поляризованной волны, состоящей иэ двух циркулярно поляризованных„ направление поворота плоскости поляризации остается прежним? Г Как, зная показатель преломления среды п(м) при отсутствии магнитного поля.

найти показатели преломления для циркулярно поляризованных вали, распространяющихся вдоль магнитного поля? ); В каком направлении происхолит поворот плоскости палярязации в области нормальной дисперсии? Г' Почему распространяющийся вдоль магнитного поля линейно поляризованный свет становится эллнптически поляризованным, если его частота близка к линии поглощения? Задача Найти показатели преломления для монакроматическнх циркулярно поляризованных волн, распросчраняюцгихся вдоль магнитного поля в разреженной среде, содержащей )У атомных осцилляторов а единице объема.

Каждый осцнллятор характеризуется зарядом е, массой ю, собственной частотой ам и постоянной затухания т. Рассмотреть область частот вблизи собственной частоты осцллляторов м ~вмт. Ответ: выражения для показателя преломления н показателя затухания циркулнрио поляризованных монохроматических волн получаются нз соответствующих выражений (2.49), справедливых в отсутствие магнитного поля, заменой Ьм — ьбм-+ ц. другими словами, дисперсионная криван и спектральный контур линии поглощения в магнитном поле для волны с положительным направлением вращения сдвинуты на ц по шкале частот вправо, а с отрицательиЫм .

на ц влево: пг[м) =п(м=г Й), кь(м) = =н(м рц). З.К йсгаствнинаа вращение нвнраяявиня мвнярязвцнм некоторых случаях распростране- В ние линейно поляризованного света в веществе сопровождается поворотом направления поляризации вокруг оси пучка даже при отсутствии внешнего магнитного поля. Это явление в отличие от магнитного вращения направления поляризации называют естественным вращением или естественной оптической активностью (гиротропией). Естественная активность была открыта Араго в 181! г. для кристаллов кварца. Позднее Био обнаружил поворот направления поляризации света в растворах сахара. Теперь известно много естественно-активных веществ, хотя у большинства из них это явление выражено очень слабо. 2!О Для наблюдения оптической активности внешняя форма моно- слой исследуемого вещества помешают между кристаллов право- н установленными на темноту (скрещенными) л в ар'щающега поляризаторами.

Проходящий при этом свет можно снова погасить поворотом одного из поляризаторов. Это значит, что после прохождения через слои активного вещества свет остается линейно поляризованным, но направление его поляризации повернуто иа некоторый угол относительно первоначального. Угол поворота направления поляризации зависит от длины волны света, а для данной длины волны пропорционален толщине ! слоя активного вещества:~р = п(ш)!. Например, в кварце при распространении вдоль оптической оси желтый свет натрия (? = 589,3 нм) испытывает поворот направления поляризации 21,73 угл.

град. на миллиметр. Опыт показывает, что при изменении направления распространения света на противоположное поворот плоскости поляризации происходит в обратную сторону. Поэтому при прохождении сквозь активную среду, отражении от зеркала и вторичном прохождении через ту же среду назад направление линейной поляризации восстанавливается. Этим естественное вращение отличается от магнитного, где имело значение направление вектора индукции внешнего магнитного поля„а не направление распространения света. Для естественного вращения направление (знак) поворота связывают с направлением света: активную среду называют правовращающей, если для наблюдателя, смотрящего навстречу световому пучку, поворот происходит по часовой стрелке„и левоврашающей в противоположном случае.

Определенный таким образом знак вращения не меняется при изменении направления света, т е. свойство среды быть право- или левовращаюшей не зависит от направления луча, подобно тому как свойство винтовой линии быть правой или левой не зависит от того, с какой стороны на нее смотреть. Кристаллический кварц встречается в двух модификациях: для одной поворот направления поляризации при распространении вдоль оптической оси* происходит вправо, для другой — влево (на такой же угол).

Для кристаллической решетки кварца характерно отсутствие центра и плоскостей симметрии. Две модификации по своей симметрии и внешней форме кристаллов (рис. 2.10) отличаются друг от друга, как правая рука отличаегся от левой или как * Кварц представляет собой одноасный кристалл (см. э 4.2). Распространение света в нем вдоль оптической оси происходит так же, как в изотропной среде (т.

е. возможна любая ориентация плоскости поляризации). винт с правой нарезкой от такого же винта с левой нарезкой. Никаким перемещением их нельзя совместить друг с другом. Одна модификация является зеркальным изображением второй. Вращательная способность мварца связана с его кристаллическом структурой, так как плавленый кварц не обладает оптической активностью. ля оптически активных жидкостей Д и аморфных тел эффект вращения обусловлен асимметричным строением молекул.

Согласно представлениям стереохимии, асимметрия органических молекул связана со свойством атома углерода образовывать направленные валентные связи с другими атомами или атомными группами (радикалами). В простейшем случае (например, метан СН,) атом углерода находится в центре правильного тетраэдра, образованного другимн атомами. Но если все четыре вершины тетраэдра заняты разными радикалами, то возможны две изомерные модификации, представляющие собой зеркальные изображения друг друга. Оптическая активность возникасг тогда, когда в веществе преобладают молекулы только одной модификации. П оворот направления линейной поляризации можно объяснить, предположив, что в оптически активной среде монохроматические волны правой и левой круговой поляризаций имеют различные фазовые сморости о„ и и„ т.

Характеристики

Список файлов книги