5.1.2.3.6. Призма Ніколя

На явищі подвійного променезаломлення засновано більшість поляризаційних пристроїв. Типовим прикладом такого пристрою (поляризатора) є призма Ніколя (див. рис. 5.1.23).

Т аку призму виготовляють із ісландського шпату, розпиляного під певним кутом і склеєного канадським бальзамом – прозорою ізотропною органічною речовиною з показником заломлення n_б = 1,550. Отже, показник заломлення канадського бальзаму має проміжне значення між звичайним і незвичайним показниками заломлення ісландського шпату:

n_е < n_б < n_о.

Розпил роблять таким, щоб кут падіння α звичайного променя на межу поділу був більшим граничного – тоді звичайний промінь зазнає повного внутрішнього відбиття і відходить убік. Незвичайний же промінь без перешкод проходить через прошарок канадського бальзаму й іншу частину призми.

5.1.2.3.7. Дихроїзм двозаломлювальних кристалів. Поляроїди

У деяких кристалах, у тому числі і у турмаліні, звичайний промінь поглинанається значно сильніше ніж незвичайний. Це явище називають дихроїзмом. При достатній товщині дихроїчних кристалів (для турмаліну ця товщина становить приблизно 1 мм) один із применів повністю поглинається, а інший дає на виході із кристалу плоскополяризоване світло.

Явище дихроїзму використовується при виготовлені поляроїдів – прозорих полімерних плівок, які містять велику кількість однаково орієнтованих дихроїчних кристалів, наприклад, герапатиту (сірчанокислого йодхініну). В цих кристалах звичайний промінь практично повністю поглинається на шляху приблизно 0,1 мм. Поляроїдна плівка є порівняно недорогою, еластичною, може мати велику площу, майже однаково пропускає всі довжини хвиль видимого світла (в той час як турмалін пропускає в основному промені зеленого кольору).

Поляризоване світло використовується для багатьох наукових і практичних цілей. З його допомогою хіміки вивчають структуру молекул, геологи – будову мінералів, інженери – деформацію матеріалів, біологи – властивості субклітинних утворень, фізики – характер міжмолекулярних взаємодій, зокрема, процеси переносу енергії; астрономи – атмосфери планет і міжзоряний простір, метеорологи – динаміку атмосфери.

Різноманітними є і чисто практичні застосування поляризованого світла у світлотехніці, оптичній обробці інформації, електричних вимірюваннях, аналітичній хімії, цукровому виробництві і багатьох інших галузях.

5.1.2.4. Дисперсія світла. Спектри.

5.1.2.4.1. Явище дисперсії світла

Дисперсією називають явище залежності абсолютного показника заломлення світла даного середовища від довжини хвилі, тобто залежність n(λ).

Оскільки довжина хвилі зв`язана з частотою світла:

, (5.1.20)

а швидкість розповсюдження світла в середовищі обернено пропорційна абсолютному показнику заломлення:

, (5.1.21)

то можна сказати, що дисперсія – це явище залежності показника заломлення світла (або швидкості розповсюдження світла в середовищі) від довжини (або частоти) хвилі. Ці залежності можна записати так:

n( ), n( ), ( ), ( ).

Часто дисперсією називають величину похідної абсолютного показника заломлення світла даного середовища по довжині хвилі:

. (5.1.22)

Якщо показник заломлення зменшується при збільшенні довжини хвилі видимого світла, то дисперсія називається нормальною ( < 0 ). Характерна для різних прозорих матеріалів залежність показника заломлення світла від довжини хвилі – це монотонне зменшення n при зростанні довжини світла. Тому для фіолетового світла (найменша довжина світла) будемо мати найбільший показник заломлення, а для червоного – найменший.

При нормальній дисперсії швидкість червоного світла, яке заломлюється найменше, буде найбільшою, а швидкість фіолетового – найменшою.

Якщо ж показник заломлення збільшується при збільшенні довжини хвилі видимого світла, то дисперсія називається аномальною ( > 0 ).

Було встановлено, що нормальна дисперсія спостерігається для світла з довжинами хвиль, що далекі від довжин хвиль, на яких середовище поглинає світло, а аномальна дисперсія – в області довжин хвиль, де середовище поглинає світло (говорять, в смугах поглинання).

Зрозуміло, що у вакуумі, де по визначенню показник заломлення дорівнює одиниці, швидкість світла для будь-якої довжини хвилі (тобто світла любого кольору - від фіолетового до червоного) буде одинаковою. Таким чином, у вакуумі дисперсія відсутня.

А строномічні дослідження свідчать про те, що міжзоряний простір можна вважати вакуумом. Якби дисперсія в міжзоряному просторі існувала, то це проявилось би, наприклад, при спостереженні затемнень подвійних зірок. Такі спостереження ведуться вже більш ніж два століття. На початку затемнення колір зірки змінювався б від нормального в сторону до фіолетового, бо відповідне світло поширювалось би в просторі з найменшою швидкістю. В кінці затемнення колір змінювався б від червоного до нормального, бо швидкість червоного світла найбільша. Те, що таких ефектів не спостерігається свідчить про відсутність дисперсії в міжзоряному просторі, який можна вважати вакуумом.

Явище дисперсії приводить до того, що при проходженні через призму білого світла (де є всі довжини хвиль) світло буде розкладатись у спектр. Тобто, промені різних довжин хвиль будуть по–різному відхилятись призмою. Оскільки кут відхилення світла призмою залежить від показника заломлення: , (див. приклад розвязування задачі в п. 5.3., де отримано це співвідношення), то для фіолетового променя відхилення після проходження призми буде найбільшим, а для червоного – найменшим (рис. 5.1.24). Такий дослід був проведений ще Ньютоном, який вперше спостерігав розкладення білого світла в спектр. Всі інші промені будуть лежати між цими крайніми і створять спектр білого світла (райдуга), тобто випромінювання буде розкладено по довжинах хвиль.