29. Поляризация при поглощении. Закон Малюса. Искусственная анизотропия.

Некоторые природные вещества проявляют заметное различие в поглощении света, колеблющегося по разным направлениям при прохождении через кристалл. Например, в дравите и других минералах группы турмалина Na(Mg,Fe)₃Al₆(BO₃)₃ (Si₆O₁₈)(OH)₄ лучи с колебаниями, параллельными удлинению кристалла, поглощаются в значительно меньшей степени, чем лучи с колебаниями в поперечном направлении. В результате этого мы наблюдаем явление, называемое дихроизмом, суть которого состоит в изменении окраски кристаллов в зависимости от двух указанных направлений колебаний света. В турмалинах данное свойство объясняется атомной структурой, определяемой кольцами Si₆O₁₈ и треугольными группами ВО₃- Содержащие их плоскости перпендикулярны кристаллографической оси z, являющейся тройной осью. Когда электрический вектор света колеблется перпендикулярно оси z и параллельно плоскостям расположения упомянутых структурных групп, он интенсивно взаимодействует с ними и в результате в значительной степени поглощается. Если же электрический вектор колеблется параллельно оси z, большая часть длин волн свободно проходит через кристалл.

Минералоги используют это свойство кристаллов уже в течение многих лет, применяя турмалиновые клинья для грубой оценки двупреломления.

Две пластинки турмалина выпиливаются параллельно оси z, и из каждой изготавливают клин. Пластинки соединяют таким образом, чтобы их оси z взаимно пересекались в вершинах клиньев. После прохождения через первую пластинку свет начинает колебаться в направлении, в котором будет сильно поглощаться другой пластинкой. Поэтому свет не может выйти из этой пары турмалиновых пластинок, пока между ними не будет помещен какой-нибудь двупреломляющий кристалл, создающий новые направления колебаний света прежде, чем он достигнет второй пластинки.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла фи между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

I=k_aI_ocos²фи

Где I_o - интенсивность падающего на поляризатор света, I - интенсивность света, выходящего из поляризатора, k_a - коэффициент пропускания поляризатора. Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси:

 n_o – n_e=k₁o (в случае деформации)

i_o – n_e=k₂E² (в случае электрического поля)

n_o – n_e=k₃H² (в случае магнитного поля)

 где k₁, k₂, k₃ - постоянные, характеризующие вещество, s - нормальное напряжение), Е и Н - соответственно напряженность электрического и магнитного полей. Эффект Керра - оптическая анизотропия веществ под действием электрического поля - объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным направлениям. Это явление практически безынерционно, т.е. время перехода вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) составляет приблизительно 10^-10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, изучение скорости распространения света и т. д.), в оптической локации, в оптической телефонии и т. д.

Искусственная анизотропия под действием механических воздействий позволяет исследовать напряжения, возникающие в прозрачных телах. В данном случае о степени деформации отдельных участков изделия (например, остаточных деформаций в стекле при закалке) судят по распределению в нем окраски. Так как применяемые обычно в технике материалы (металлы) непрозрачны, то исследование напряжений производят на прозрачных моделях, а потом делают соответствующий пересчет на проектируемую конструкцию.