Поляризационные приборы. Призма Николя

Поляризационные приборы – приборы для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризованного света, и для различных исследований и измерений, основанных на поляризации.

Исторически первыми поляризационным устройством была призма, сконструированная англичанином Николем. Принцип работы призмы основан на явлении двойного лучепреломления и полного внутреннего отражения.

Призма изготовлена из исландского шпата, имеет форму параллелепипеда с соотношением сторон примерно 1:2, разрезана по короткой диагонали и склеена канадским бальзамом.

Исландский шпат оптически является одноосной кристаллической анизотропной средой для которой показатель преломления:

обыкновенного луча n₀ =1.66,

необыкновенного луча n_н = 1.49,

канадского бальзама n_б =1,55.

Основное условие работы призмы: n_e<n_б<n₀.

Ход лучей в призме Николя (Рис. 6).

n_н<n_б<n₀.

Рис. 6.

Естественный луч, падая на грань призмы, преломляется и испытывает двойное лучепреломление на границе анизотропного вещества. Дойдя до склейки канадского бальзама луч “e” проходит, почти не изменяя своего направления (склейка тонкая) и выходит из призмы параллельно естественному лучу. Луч “0” дойдя до склейки, испытывает полное внутреннее отражение и поглощается зачерненной гранью. Это происходит в результате того, что n₀>n_б, а угол его падения больше предельного угла полного внутреннего отражения от канадского бальзама.

Недостатки:

- высокая стоимость;

- больше потери света на отражение от наклонных граней;

- осевое смещение пучка на выходе призмы;

- малая светособирающая способность.

5. Поляроиды. Дихроизм. Прохождение света через систему «поляризатор - анализатор». Закон Малюса.

Дихроизм (двойное окрашивание) - это явление избирательного поглощения анизотропной средой одного из поляризованных лучей, образованных при двойном лучепреломлении. При этом получается свет, полностью поляризованный только в одной плоскости.

Это свойство наблюдается у кристаллов турмалина, герапатита, сегнетовой соли и др.

Получить поляризованный свет на основе явления дихроизма можно с помощью оптических устройств, которые получили название поляроиды.

Они представляют собой слой дихроичного вещества (толщиной 0,05-0,1 мм), кристаллы которого ориентированы в одном направлении. Этот слой помещается между двумя прозрачными пластинами или пленками для защиты от влаги и механических воздействий.

Достоинства:

- простая и дешевая технология их изготовления;

- можно получать больше площади поверхностей поляроидов.

Недостатки:

- малая пропускная способность света;

- окрашенность поляризованного света;

- малая термостойкость.

Дихроизм присущ анизотропным окрашенным кристаллическим средам. Так, дихроизмом обладают некоторые полудрагоценные камки:

-турмалин

-рубин

-сапфир

-александрит

Свойством дихроизма обладают также некоторые природные и искусственные химические соединения, например, холестерин, сернокислый иодхинин (герапатит).

Система "поляризатор-анализатор" - это совокупность из двух поляроидов, поставленный один за другим на пути светового пучка.

Первый по ходу лучей поляроид называется поляризатор, а второй - анализатор. При обратном ходе лучей анализатор может выполнять роль поляризатора а поляризатор - анализатора.

Поляризатор предназначен для получения из естественных неполяризованных лучей линейно поляризованных.

Анализатор предназначен для определения пространственной ориентации плоскости поляризации тех лучей, которые образованы поляризатором.

В системе "поляризатор-анализатор" выделяют плоскости поляризации поляризатора и анализатора.

Плоскость поляризации поляризационного устройства - это та плоскость, в которой он пропускает полностью линейно поляризованный свет.

Прохождение света через систему 'поляризатор-анализатор'' подчиняется закону Малюса. Закон Малюса определяет интенсивность поляризованного света за анализатором в зависимости от взаимной ориентации между собой плоскостей поляризации поляризатора и анализатора, и интенсивности поляризованного света перед анализатором.

Рис. 7

Интенсивность линейно-поляризованного света за системой "поляризатор-анализатор" пропорциональна интенсивности падающего на анализатор поляризованного света Jo, умноженной на квадрат косинуса угла α, между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора.

Если плоскости поляризации поляризатора и анализатора не совпадают, то анализатор пропустит только некоторую составляющую поляризованного света.

Е = Е₀ cos φ

Формула закона Малюса:

Интенсивность света J пропорциональна квадрату напряженности Е² :

Е²=Е²₀ cos²φ → J=J₀cos²φ

Интенсивность линейно поляризованного света за системой “поляризатор-анализатор” пропорциональна интенсивности падающего на анализатор поляризованного света J и квадрату cosφ между направлением плоскости поляризатора и анализатора.