Вопрос 5. Поляризация света. Двойное лучепреломление. Поляризационные устройства: Призма Николя, поляроиды.

Электромагнитную волну, в которой векторы электрического Е и магнитного Н полей колеблются в определенных и взаимно пер­пендикулярных плоскостях, которые с течением времени не изме­няют своего положения в пространстве, называют плоско поляри­зованной.

Плоскость, проходящая через электрический вектор Е в направ­лении распространения электромагнитной волны, называется плоскостью поляризации, а плоскость, проходящая через вектор напряженности магнитного поля Н в направлении распространения электромагнитной волны - плоскостью колебании. Плоско поля­ризованную волну излучает отдельный атом.

Солнце и большинство искусственных источников света излу­чают естественный свет - свет, в котором вектор Е колеблется во всевозможных плоскостях, перпендикулярных направлению рас­пространения света.

Графическое изображение света

Устройство, позволяющее получить поляризованный свет из ес­тественного света, называют поляризатором. Оно пропускает только составляющую вектора Е и соответственно Н на некоторую плоскость - главную плоскость поляризатора.

Поляризатор, который используется для анализа поляризован­ного света, называется анализатором.

В XVII веке было обнаружено, что некоторые кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются за­коны преломления и поэтому этот луч называется обыкновенным, для другого законы преломления света не выполняются и луч назы­вают необыкновенный.

е - необыкновенный поляризованный луч; о - обыкновенный поляризованный луч.

Лучи о и е лежат во взаимно-перпендикулярных плоско­стях. Двойным лучепреломлением обладают кристаллы: исланд­ский шпат (СаСОз), кварц, турмалин и др. Эти кристаллы обладают оптической анизотропией. Показатель преломления и скорость рас­пространения лучей зависят от плоскости, в которой распространя­ется луч по отношению к самому кристаллу. Так для исландского шпата n₀ = 1,66, n₀ = 1,49 (для желтого света с длиной волны 589,3 нм).

Призма Николя используется для получения поляризованного света. Она пред­ставляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диа­гонали и склеенную канадским бальзамом. Для него n₀ = 1,550, это значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей исландского шпата и позволяет обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом.

о - обыкновенный луч; е - необыкновенный луч.

Необыкновенный луч идет параллельно нижней грани и является плоско поляризованным. Обыкновенный луч, испытав полное внутреннее отражение, может выводиться из кристалла или погло­щаться нижней гранью, которая делается зачерненной.

Поляроиды - поляризующие устройства. Они изготавливаются из кристаллов турмалина или герапатита, которые выкладываются на целлулоидной пленке определенным образом. Эти кристаллы обладают не только двой­ным лучепреломлением, но и дихроизмом, т.е. могут поглощать один из поляризованных лучей больше, чем другой. Так, в пла­стинке турмалина толщиной 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, а необыкновенный луч не поглощается и является плоско поляризованным.

Призма Николя и поляроиды применяются в приборах, полу­чивших название поляризаторов. Поляризаторы применяются для определения концентрации оптически активных веществ в раство­рах.

Оптически активными веществами называются вещества, спо­собные вращать плоскость поляризации поляризованного света.

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.439-442; лек­ции.