Курс физики для вузов - часть 91

§ 193. Поляризационные призмы

и поляроиды

В основе работы поляризационных

приспособлений, служащих для полу-
чения поляризованного света, лежит
явление двойного лучепреломления.

Наиболее часто для этого применяют-

ся призмы  поляроиды. Призмы де-
лятся на два класса:

1) призмы, дающие только плоско-

поляризованный луч (поляризацион-
ные призмы);

2) призмы, дающие два поляризо-

ванных во взаимно перпендикулярных
плоскостях луча
щие призмы).

Поляризационные призмы построе-

ны по принципу полного отражения

(см. § 165) одного из лучей (например,

обыкновенного) от границы раздела, в

то время как другой луч с другим пока-
зателем преломления проходит через
эту границу. Типичным представите-
лем поляризационных призм является

призма Николя

1

, называемая часто

Призма Николя (рис. 284) представ-

ляет

 двойную призму из исланд-

ского шпата, склеенную вдоль линии
АВ канадским бальзамом

 1,55. Оп-

тическая ось 00' призмы составляет с
входной гранью угол 48°. На передней

 призмы естественный луч, парал-

лельный ребру СВ, раздваивается на
два луча: обыкновенный

 =

 и

необыкновенный

 1,51). При соот-

ветствующем подборе угла падения,

равного или большего предельного,
обыкновенный луч испытывает полное
отражение (канадский бальзам для него
является средой оптически менее плот-

ной), а затем поглощается зачерненной

Рис. 284

боковой поверхностью СВ. Необыкно-
венный луч выходит из кристалла па-
раллельно падающему лучу, незначи-
тельно смещенному относительно него

(ввиду преломления на наклонных гра-
нях А Си BD).

 призмы ис-

пользуют различие в показателях пре-
ломления обыкновенного и необыкно-
венного лучей, чтобы развести их воз-
можно дальше друг от друга. Примером
двоякопреломляющих призм могут
служить призмы из исландского шпата
и стекла, призмы, составленные из двух
призм из исландского шпата со взаим-
но

 оптическими

осями. Для первых призм (рис. 285)
обыкновенный луч преломляется в
шпате и стекле два раза и, следователь-
но, сильно отклоняется, необыкновен-
ный же

 при соответствующем под-

боре показателя преломления стекла п

 проходит призму почти без от-

клонения. Для вторых призм различие
в ориентировке оптических осей влия-
ет

 угол расхождения между обыкно-

венным и необыкновенным лучами.

Двоякопреломляющие кристаллы

обладают свойством дихроизма, т.е.
различного поглощения света в зависи-
мости от ориентации электрического
вектора световой волны, и называются
дихроичными кристаллами.

 (1768 — 1851) —

Рис. 285

363

Примером сильно

 кри-

сталла является турмалин, в котором
из-за сильного селективного поглоще-
ния обыкновенного луча уже при тол-
щине пластинки 1

 из нее выходит

только необыкновенный луч. Такое
различие в поглощении, зависящее,
кроме того, от длины волны, приводит

к тому, что при освещении дихроично-
го кристалла белым светом кристалл по
разным направлениям оказывается раз-

лично окрашенным.

 кристаллы приобрели

еще более важное значение в связи с
изобретением поляроидов. Примером
поляроида может служить тонкая плен-
ка из целлулоида, в которую вкрапле-
ны кристаллики

 (сернокис-

лого иод-хинина). Герапатит — двоя-

копреломляющее вещество с очень
сильно выраженным дихроизмом в об-

ласти видимого света. Установлено, что

такая пленка уже при толщине

 мм

полностью поглощает обыкновенные
лучи видимой области спектра, являясь
в таком

 слое совершенным по-

ляризатором.

Преимущество поляроидов перед

призмами —
их с площадями поверхностей до не-
скольких квадратных метров. Однако
степень поляризации в них сильнее за-

висит от X, чем в призмах. Кроме того,
их меньшая

 сравнению с призмами

прозрачность (приблизительно 30 %) в
сочетании с небольшой термостойкос-
тью не позволяет использовать поляро-
иды в мощных световых потоках. По-
ляроиды применяются, например, для
защиты от

 действия сол-

нечных лучей и фар встречного авто-
транспорта.

Разные кристаллы создают различ-

ное по значению и направлению двой-
ное лучепреломление, поэтому, пропус-
кая через них поляризованный свет и

измеряя изменение его интенсивности
посте прохождения кристаллов, можно
определить их оптические характерис-
тики и производить минералогический
анализ. Для этой цели используются
поляризационные микроскопы.

§ 194. Анализ

поляризованного света

Пусть на кристаллическую пластин-

ку, вырезанную, например, из одноос-
ного отрицательного кристалла парал-
лельно его оптической оси, нормально
падает

 свет

(рис. 286). Внутри пластинки он разби-
вается на обыкновенный (о) и необык-
новенный (е) лучи, которые в кристал-

ле пространственно не разделены (но
движутся с разными скоростями), а на

выходе из кристалла складываются.

Так как в обыкновенном и необык-

новенном лучах колебания светового
вектора

 во взаимно пер-

пендикулярных направлениях, то на
выходе из пластинки в результате сло-
жения этих колебаний возникают све-
товые волны, вектор Е (а следователь-
но, и Я) в которых меняется со време-
нем так, что его конец описывает эл-
липс, ориентированный произвольно
относительно координатных осей.

Уравнение этого эллипса [см. (145.2)]:

364

где

 — соответственно составля-

ющие напряженности электрического
поля волны в обыкновенном и необык-
новенном лучах;  — разность фаз ко-
лебаний.

Таким образом, в результате прохож-

дения через кристаллическую пластин-

ку плоскополяризованный свет превра-
щается в

 поляризованный.

Между обыкновенным и необыкно-

венным лучами в пластинке возникает
оптическая разность хода

или разность фаз

где d — толщина пластинки; У, — длина

волны света в вакууме.

то уравнение (194.1) примет вид

т. е. эллипс ориентирован относительно
главных осей кристалла. При

 =

(если световой вектор в падающем па

пластинку

 све-

те составляет угол  = 45° с направле-
нием оптической оси пластинки)

т.е. на выходе из пластинки свет ока-
зывается

 поляризованным.

Вырезанная параллельно оптичес-

кой оси пластинка, для которой опти-
ческая разность хода

называется пластинкой в четверть
волны (пластинкой —). Знак

 соот-

4

ветствует отрицательным кристаллам,

«—» -- положительным.

X

 свет,

 пластинку —, на

выходе превращается в эллиптически
поляризованный (в частном случае

 поляризованный). Конеч-

ный результат, как уже рассматривали,
определяется разностью фаз  и углом а.

Пластинка, для которой

называется пластикой в полволны
т. д.

В

 поляризованном све-

те

 фаз  между любыми дву-

мя взаимно перпендикулярными коле-
баниями равна ±—. Если на пути тако-

 X

го света поставить пластинку —, то она
внесет дополнительную разность фаз

 разность фаз ста-

нет равной 0 или

 Следовательно [см.

 |,

 поляризованный

свет, пройдя пластинку —, становится

4

 Если теперь

на пути луча поставить поляризатор, то
можно добиться полного его гашения.

Если же падающий свет естественный,

X

то он при прохождении пластинки —
таковым и останется

 при каком по-

ложении пластинки и поляризатора

погашения луча не достичь).

Таким образом, если при вращении

поляризатора при любом положении

 не меняется, то

падающий свет естественный. Если ин-

тенсивность меняется и можно достичь

полного гашения луча, то падающий свет
циркулярно поляризованный; если пол-
ного гашения не достичь, то падающий
свет представляет смесь естественного и
циркулярно поляризованного света.

365

Если на пути эллиптически поляри-

зованного света поместить пластинку

—, оптическая ось которой ориентиро-

вана параллельно одной из осей эллип-
са, то она внесет дополнительную раз-

ность фаз ±—. Результирующая раз-
ность фаз станет равной нулю или тт.

Следовательно, эллиптически поляри-

зованный свет, пройдя пластинку —,
повернутую определенным образом,

превращается в плоскополяризован-

 и может быть погашен поворотом

поляризатора. Этим методом можно

отличить эллиптически поляризован-

ный свет от частично поляризованного
или циркулярио поляризованный свет
от естественного.

§ 195. Искусственная оптическая

анизотропия

Двойное лучепреломление имеет

место в естественных анизотропных
средах (см. § 192). Существуют, одна-
ко, различные способы получения ис-

кусственной оптической
пии, т. е. сообщения оптической анизот-

ропии естественно изотропным веще-

ствам.

Оптически изотропные вещества

становятся оптически анизотропными
под действием: 1) одностороннего сжа-
тия или растяжения (кристаллы куби-
ческой системы, стекла и др.); 2) элект-
рического поля (эффект

 жид-

кости, аморфные тела, газы); 3) магнит-
ного поля (жидкости, стекла, коллои-
ды).

В перечисленных случаях вещество

приобретает свойства одноосного кри-
сталла, оптическая ось которого совпа-

дает с направлением деформации, элек-
трического или магнитного полей соот-

ветственно указанным выше воздей-
ствиям.

Мерой возникающей оптической

анизотропии служит разность показа-
телей преломления обыкновенного и
необыкновенного лучей в направле-
нии, перпендикулярном оптической

оси:

 —

 —

 (в случае

деформации);

 —

 (в случае элект-

. (195.1)

рического поля);

 —

 случае маг-

нитного

где

 — постоянные, характери-

зующие вещество; а — нормальное на-
пряжение (см. § 21); Е  II — соответ-

ственно напряженность электрическо-
го и магнитного полей.

На рис. 287 показана схема установ-

ки для наблюдения эффекта Керра в
жидкостях (установки для изучения
рассмотренных явлений однотипны).

Ячейка Керра — кювета с жидкостью

(например, нитробензолом), в которую
введены пластины конденсатора, поме-
щается между скрещенными поляриза-

тором Р  анализатором А.

При отсутствии электрического поля

свет через систему не проходит. При
наложении электрического поля жид-
кость становится

 при изменении разности потенци-

алов между электродами меняется сте-
пень анизотропии вещества, а
тельно, и интенсивность света, прошед-

 287

 Д. Ксрр (1824 — 1904) — шотландским физик.

366