Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов. В таких кристаллах диэлектрическая проницаемость ℇ в направлении оптической оси и в направления, перпендикулярных к ней имеет разные значения ℇ‖ и ℇ⊥. Показатель преломления n связан с ℇ соотношением
n = с /υ = ℇμ , а т.к. для прозрачных веществ μ ≈ 1, то n ≈ ℇ
Следовательно, из анизотропии ℇ вытекает, что волнам с различным направлением колебаний вектора 
соответствуют различные значения показателя преломления n, поэтому и скорость световых волн υ = с / n в
кристалле будет зависеть от направления колебаний вектора 
.
Пусть точечный источник света С расположен внутри одноосного кристалла (рис. 34.3). Выделим в кристалле плоскость главного сечения и
волны будет одна и та же υ0 = с / ℇ⊥ . Волновой поверхностью является сфера (если рассмотреть совокупность всех главных плоскостей).
Колебания в необыкновенном луче совершаются в главном сечении, поэтому для разных лучей направления колебаний вектора образуют с 
плоской волны на границе анизотропной среды (рис. 34.5). Пусть свет
новенному. Огибающая всех вторичных волн, центры которых лежат в промежутке между точками 1 и2 для о-лучей и е-лучей, представляют плоскость (на рис. 34.5 это точки 1´ и 2´). Таким образом мы показали, что вдоль оптической оси о и е-лучи идут не разделяясь.
Рассмотрим другой случай, когда оптическая ось составляет косой угол с преломляющей гранью кристалла (рис. 34.6). В этом случае огибающие
прямые 1-1´ и 2-2´), получим, что необыкновенный луч заметно откланяется от нормали к преломляющей грани кристалла. Обыкновенный о-луч пойдет вдоль первоначального направления.
4. Поляроиды и поляризационные призмы. Поляризаторы и анализаторы.
Поляроид – поляризационный прибор, который представляет из себя целлулоидную пленку, в которую вкраплены одинаково ориентированные кристаллы сульфата йодистого хинина. В этих кристаллах обыкновенный луч поглощается на пути примерно в 0,1 мм, так что выходит один луч – необыкновенный (одного направления поляризации – поляризованный свет).
Призма Николя (шотландский ученый 1768-1851) представляет собой
призму из исландского шпата (рис. 34.7), которая разрезается и
 |  |
обыкновенного луча подбирается таким, чтобы превышал предельный угол и обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение. Из кристалла выходит только необыкновенный луч (свет поляризованный), незначительно смещенный параллельно падающему лучу.
Призму Николя часто называют николем.
И поляроиды и поляризационные предметы являются поляризаторами – устройствами для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения.
Поляризаторы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора и задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости. Если поляризатор используется для определения характера и степени поляризации, то он называется анализатором.
Закон Малюса.
Пусть плоскополяризованный свет падает на анализатор, причем направление вектора 
в световой волне составляет угол φ с плоскостью 
нальна квадрату амплитуды напряженности
Учитывая, что 
φ, получаем
Это соотношение называется законом Малюса: интенсивность прошедшего через анализатор поляризованного света пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостью поляризации падающего света и плоскостью анализатора.
5. Искусственная оптическая анизотропия. Эффект Керра.
Обычные прозрачные тела, не обладающие двойным лучепреломлением, под влиянием внешних воздействий могут становиться двупреломляющими. В частности, при сжатии или растяжении направление деформации играет роль оптической оси. Тело становиться оптически анизотропным. Опыт дает, что разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей пропорциональна напряжению σ в данной точке тела 
σ, где к – коэффициент, зависящий от свойств вещества. Если поместить некоторое прозрачное тело, например пластинку из оргстекла между скрещенными поляризаторами, то пока тело не деформировано, система света не пропускает. Если же пластину подвергнуть сжатию, то свет начинает проходить и наблюдается картина в виде темных и светлых полос. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Изготавливают модель, подвергают ее нагрузке и по наблюдаемой картине судят о распределении внутренних напряжений, что порой значительно упрощает трудоемкую работу по расчету напряжений в новых конструкциях.
Эффект Керра (шотландский физик, 1824-1904). Между двумя скрещенными поляризаторами Р и Р´ помещают ячейку Керра (сосуд с жидкостью, обычно нитробензолом), в которую введены пластины конденсатора
Керра является его малая инерционность (до 
с!), что позволяет использовать его для создания быстродействующих оптических затворов. Применяется в быстропротекающих процессах (управление режимом работы лазеров, скоростное фото и киносъемка), оптической локации, оптической телефонии.
6. Вращение плоскости поляризации.
Многие вещества, называемые оптически активными, обладают способностью поворачивать плоскость поляризации.
Это кристаллические тела (кварц и др.), чистые жидкости (скипидар и др.) и растворы оптически активных веществ (например, водный раствор сахара).
|
|
,
где d – расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе; с – концентрация раствора; α ([α]) – удельное вращение (или постоянная вращения). Постоянная α имеет различное значение для разных веществ и, кроме того, сильно зависит от длины волны света. Так для кварцевой пластинки толщиной 1 мм углы поворота желтого и фиолетового света равны соответственно 
и 
.
В зависимости от направления вращения плоскости поляризации, оптически активные вещества подразделяют на право и левовращающие, то есть вращающие по или против часовой стрелки, если смотреть навстречу световому пучку.
Вращательная способность кварца связана с особенностями кристаллической структуры, расположением частиц в кристаллической решетке (на макроуровне), так как плавленый кварц не обладает оптической активностью.
Измерение угла поворота плоскости поляризации используется для определения концентрации оптически активных веществ, например сахара в растворах (пищевая промышленность) и биологических объектах (кровь).
Отметим, что способность поворачивать плоскость поляризации приобретают даже оптически неактивные вещества, если их поместить в магнитное поле (эффект Фарадея).
Вопросы для самоконтроля.
1. Чем отличается поляризованный свет от естественного? Каковы виды поляризованного света?
2. В чем смысл закона Брюстера?
3. В чем суть двойного лучепреломления? В чем особенности обыкновенного и необыкновенного лучей? Как объяснить двойное лучепреломление?
4. Что такое оптическая ось кристалла?
5. Объясните закон Малюса для света, прошедшего через два поляризатора.
6. Объясните эффект Керра.
7. С чем связано вращение плоскости поляризации на макро- и микроуровнях? Где применяется?
Лекция № 35
Дата: 2019-02-02, просмотров: 364.
