Методы получения поляризованного света

2.1. Поляризация при отражении

Если на диэлектрик под некоторым углом падает естественный свет, то отраженный свет оказывается частично поляризованным, рис. 2, а. При падении света под некоторым углом, удовлетворяющем условию

tgq_Бр = n₁₂ = n₂/n₁ (3)

отраженный свет оказывается полностью поляризованным. Угол q_Бр называется углом Брюстера, а соотношение (3) – законом Брюстера. При выполнении условия (3) луч отраженный и преломленный оказываются перпендикулярны друг другу, рис 2, б.

а б

Рис. 2.

Очевидно, что преломленный свет будет тоже поляризован, правда частично. Для повышения степени поляризации прошедшего света его можно заставить проходит через ряд расположенных параллельно друг другу стеклянных пластин. Такое устройство называется стопой Столетова и является достаточно простым поляризатором.

2.2. Поляризация при двойном лучепреломлении

При прохождении света через большинство кристаллов наблюдается явление двойного лучепреломления. Явление заключается в том, что при падении на грань такого кристалла луч разделяется на два, распространяющиеся в разных направлениях и с разными скоростями. В простейшем случае одноосных кристаллов один луч подчиняется обычным законам. Он называется обыкновенным и обозначается буквой о. Второй луч – необыкновенный (обозначается е) даже при нормальном падении отклоняется от нормали. У двуосных кристаллов оба луча являются необыкновенными. Опыты показали, что оба луча: обыкновенный и необыкновенный полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 3, а). Явление двойного лучепреломления объясняется анизотропией кристаллов (различием свойств в разных направлениях). Так для обыкновенного луча скорость распространения одинакова во всех направлениях, а для необыкновенного она больше в направлении оси кристалла (рис. 3, б). Ход обыкновенного и необыкновенного лучей в

а б

Рис. 3.

кристалле можно пояснить с помощью принципа Гюйгенса. На рис. 3, б построены волновые поверхности обыкновенного и необыкновенного лучей с центрами в точках 1 и 2 лежащих на поверхности кристалла при нормальном падении. Для обыкновенного луча они представляют собой концентрические окружности с центрами в соответствующих точках, а для необыкновенного – овалы, вытянутые вдоль оси кристалла. Направление лучей о и е соответствует осям, проведенным из точек 1 и 2 в направлении точек касания соответствующих волновых фронтов и их огибающих.

Из рис. 3, б следует, что направление обыкновенного луча о совпадает с нормалью к соответствующей волновой поверхности. Необыкновенный же луч е заметно отклоняется от нормали к волновой поверхности в сторону акустической оси.

2.2.1. Поляроиды. Некоторые из таких кристаллов обладают свойством дихроизмом – поглощение одного из лучей. Так в кристаллах турмалина обыкновенный луч поглощается при толщине кристалла 1 мм. В кристаллах сульфата йодистого хинина луч поглощается уже на расстоянии 0,1 мм. Это свойство используется для изготовления устройства, называемого поляроидом. Поляроид представляет собой две стеклянные пластины между которыми находится целлулоидная пленка в которую введено большое количество одинаково ориентированных кристалликов сульфата йодистого хинина.

2.2.2. Призма Николя (Николь). Пользуясь явлением двойного лучепреломления и явлением полного внутреннего отражения можно построить еще одно устройство, называемое призмой Николя или просто Николем. Устройство состоит из двух призм вырезанных из исландского шпата и склеенных канадским бальзамом, рис. 4. Канадский бальзам обладает явлением двойного лучепреломления, а показатель преломления канадского бальзама удовлетворяет условию n_е < n_б < n_о. Таким образом,

Рис. 4.

угол падения обыкновенного луча на границу раздела можно сделать такой, что обыкновенный луч будет испытывать полное внутреннее отражение.

2.3. Поляризация при рассеянии света.

Частичная поляризация света происходит при рассеянии света на неоднородностях среды в направлении перпендикулярном направлению распространения.

2.4. Искусственное двойное лучепреломление

В прозрачных аморфных телах, а также в кристаллах кубической системы, не обладающих естественной анизотропией, может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий. В частности, это происходит при механических деформациях тел. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт дает, что эта разность пропорциональна напряжению s = F/s в данной точке тела (т. е. силе, приходящейся на единицу площади).

Если поместить стеклянную пластинку между скрещенными поляризаторами, то пока стекло не деформировано, такая система света не пропускает. Если же пластинку подвергнуть сжатию, свет через систему начинает проходить, причем наблюдаемая в прошедших лучах картина оказывается испещренной цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки. Следовательно, по расположению полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Изготовленная из прозрачного изотропного материала (например, из плексигласа) модель какой-либо детали или конструкции помещается между скрещенными поляризаторами. Модель подвергается действию нагрузок, подобных тем, какие будет испытывать само изделие. Наблюдаемая при этом в проходящем белом свете картина позволяет определить распределение напряжений, а также судить об их величине.

Двойное лучепреломление в жидкостях и в твердых телах может возникать под воздействием приложенного внешнего электрического поля (эффект Керра). Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. В отсутствие поля молекулы ориентированы хаотическим образом, поэтому жидкость в целом не обнаруживает анизотропии. Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направления наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В результате жидкость становится оптически анизотропной