§ 6. Поляризация света на основе явления дихроизма

 

    Дихроизм (линейный) – это явление избирательного поглощения света в зависимости от направления колебаний вектора   световой волны. Сильным дихроизмом обладают кристаллы герапатита, турмалина.

    Приборы, основанные на явлении дихроизма, называются поляроидами. Поляроид представляет собой тонкую пленку, заклеенную для защиты от механических повреждений и влаги между двумя прозрачными пластинками. В пленку впрессовано, как правило, множество мельчайших кристалликов герапатита, одинаково ориентированных. Такая пленка при толщине 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи, оставляя необыкновенные (рис. 3.7).

    Недостаток поляроидов по сравнению с поляризационными призмами – их недостаточная прозрачность.

 

 

§ 7. Закон Малюса

 

При любом устройстве поляризатора он пропускает свет только с ориентацией вектора  , параллельной своей так называемой плоскости поляризации (пропускания).

При пропускании естественного света через поляризатор и анализатор (рис. 3.8, а), плоскости поляризации которых составляют угол  , из первого выйдет линейно-поляризованный свет, вектор Е₁ которого определяется по формуле (рис. 3.8, б)

.

Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора I ~ E², то нетрудно оценить интенсивность I₁ света, пропущенного поляризатором

,                                                                                                               (3.2)

где I₀ – интенсивность естественного света.

Линейно-поляризованный свет с вектором   и интенсивностью I₁ проходит через анализатор, который пропускает только проекцию вектора   на плоскость поляризации этого анализатора (рис. 3.8, б). Величина пропускаемого светового вектора   определяется выражением

,

где   – угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Для интенсивности прошедшего света I₂ (I ~ E²) получается соотношение

,                                                                                                         (3.3)

известное как закон Малюса.

По закону Малюса интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор, пропорциональна квадрату косинуса угла между их плоскостями поляризации.

С учетом (3.2) выражение (3.3) принимает вид:

.                                                                                                     (3.4)

Из (3.4) видно, что систему «поляризатор – анализатор» можно использовать в качестве ослабителя света с регулируемым коэффициентом пропускания.

 

§ 8. Анализ поляризованного света

 

    Для получения эллиптически или циркулярно поляризованного света пучок естественного света, прошедший через поляризатор и ставший после него линейно-поляризованным, пропускают через кристаллическую пластинку толщиной d, вырезанную параллельно оптической оси. Внутри пластинки пучок разбивается на обыкновенный о- и необыкновенный е-лучи, которые распространяются в одном направлении, но с разными скоростями. Колебания вектора Е в е-луче происходят вдоль оси кристалла, в  о-луче – перпендикулярно оси кристалла. Пройдя пластинку толщиной d, эти лучи приобретают оптическую разность хода, равную (n_e – n_o)d. На выходе из пластинки в общем случае в результате сложения взаимно-перпендикулярных колебаний с разными амплитудами и произвольной разностью хода возникают световые волны, вектор   в которых описывает эллипс. Таким образом, в результате прохождения через кристаллическую пластинку (рис. 3.9) линейно-поляризованный свет превращается в эллиптически поляризованный.

    В частном случае, при оптической разности хода (n_e – n_o)d =   и равных амплитудах векторов Е о- и е-лучей линейно-поляризованный свет превращается в циркулярно поляризованный. Кристаллическая пластинка, для которой оптическая разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами равна  , называется фазовой четвертьволновой пластинкой. Кроме того, существуют пластинки   и  , позволяющие получать линейно-поляризованный свет. 

Поляризованный свет с периодически повторяющейся поляризацией – эллиптической, циркулярной и линейной – получается при повороте кристаллической пластинки, вырезанной параллельно или перпендикулярно оптической оси, или при повороте оптической системы из двух кристаллических пластинок.

    Для определения состояния поляризации световой пучок направляют на анализатор. При вращении анализатора вокруг направления луча интенсивность прошедшего света изменяется. Если при некотором положении анализатора свет полностью гасится, то исследуемый пучок линейно-поляризован. Если падающий свет является естественным, то при вращении анализатора интенсивность проходящего света не изменяется.

Однако анализаторы не позволяют отличить эллиптически и циркулярно поляризованный свет соответственно от частично поляризованного и естественного. При пропускании эллиптически поляризованного света через анализатор интенсивность прошедшего через него света будет плавно изменяться, достигая максимума и отличного от нуля минимума. Аналогичный результат получается и в случае частично поляризованного света. При циркулярно поляризованном свете эллипс вырождается в окружность, поэтому при вращении анализатора вокруг оси луча интенсивность света остается постоянной, как и в случае естественного.

В этих случаях на пути исследуемого пучка вначале ставят четвертьволновую пластинку, а затем анализатор.

В циркулярно поляризованном свете разность хода между двумя взаимно перпендикулярными колебаниями равна  . Четвертьволновая пластинка внесет дополнительную разность хода ±  . Результирующая разность хода станет равной 0 или  . Следовательно, циркулярно поляризованный свет станет линейно-поляризованным и анализатором можно получить полное его гашение.

Если же падающий свет естественный, то он при прохождении пластинки таким и останется, и его невозможно погасить анализатором.

Если на пути эллиптически поляризованного света поместить пластинку « », оптическая ось которой ориентирована параллельно одной из осей эллипса, то она внесет дополнительную разность хода ±  .  Результирующая разность хода станет равной 0 или  . Следовательно, эллиптически поляризованный свет станет линейно-поляризованным и может быть погашен поворотом анализатора.