Вращение плоскости поляризации
В
направлении оптической оси свет
распространяется в кристалле также,
как и в однородной среде, не давая
двойного лучепреломления. Однако было
замечено, что в кристаллах кварца
распространение света вдоль оптической
оси все же отличается от его распространения
в изотропной среде. Если между скрещенными
поляризатором и анализатором (поле
зрения в этом случае максимально
затемнено), рис.96, поместить пластинку
кварца, вырезанную перпендикулярно
оптической оси, то поле зрения
просветляется. Поворотом анализатора
на некоторый угол свет можно снова
притушить. Это указывает на то, что свет
остался плоско поляризованным, но его
плоскость поляризации повернулась на
тот самый угол, на который поворачивается
анализатор.
В последствии это явление было обнаружено в ряде других кристаллов и в некоторых жидкостях и получило название – вращение плоскости поляризации.
Если
в схеме, показанной на рис.96, пользоваться
белым светом, то при расположении
кварцевой пластинки получается окрашенное
поле, при повороте одного из николей
окраска поля меняется. Это указывает
на зависимость вращательной способности
от длины волны (дисперсия вращательной
способности). Угол вращения плоскости
поляризации
пропорционален толщине пластинки. Если
смотреть навстречу лучу, то плоскость
поляризации для данного кристалла
поворачивается в определенном направлении:
по часовой стрелке (направо) или против
часовой стрелки (налево). При повороте
пластинки на 1800
это направление вращения сохраняется
неизменным. Поэтому, если заставить луч
пройти через кристаллическую пластинку,
обладающую способностью вращать
плоскость поляризации, вдоль оптической
оси, а затем, отразившись нормально от
зеркала, он опять пройдет через пластинку,
рис.97, то плоскость поляризации не будет
повернута.
П
усть
ОО/
представляет собой направление колебаний
в падающей на кристалл плоско поляризованной
волне. Вектор амплитуды колебания
разложим на два вектора
и
,
из которых первый вращается направо, а
второй налево, рис.98.
Если скорости
распространения круговых колебаний в
кристалле разные, то после того, как
свет пройдет через толщу кристалла ℓ,
круговое колебание
отстает по фазе на угол
,
а колебание
- на угол
,
где λ/
и λ//
- длины волн в кристалле, соответствующие
обоим видам колебаний.
Предположим,
что толщина пластинки такова, что угол
,
где m
– целое число. Тогда вектор
вновь займет свое прежнее положение,
вектор же
,
для которого
,
займет некоторое новое положение,
отмеченное на рис.98 пунктиром. Это новое
положение будет повернуто относительно
старого на угол:
Результирующий
вектор
также
займет новое положение, повернутое
относительно
на
угол, определяемый:
(4.12)
Введем
коэффициенты преломления
и
для лучей, поляризованных по кругу
вправо и влево, тогда
и
,
где
- длина рассматриваемого света в вакууме.
Подставим в (4.12):
(4.13)
Таким образом, угол поворота плоскости поляризации определяется разностью показателей преломления и лучей, право и лево поляризованных по кругу.
Эти рассуждения дали возможность Френелю сделать вывод, что вращение плоскости поляризации вытекает из того, что лучи поляризованные по кругу с правым и левым вращением, распространяются в кристалле с разной скоростью.
Наряду с кристаллами существуют и жидкости, которые также обладают способностью вращать плоскость поляризации. К числу таких жидкостей относятся скипидар, водный раствор сахара и т.д. Для растворов имеют место следующие законы: угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя раствора ℓ и прямо пропорционален концентрации С активного раствора:
(4.14)
Величина α зависит от рода вещества и носит название постоянной вращения. Все вещества, активные в аморфном состоянии активны и в кристаллическом, хотя α в этих состояниях может быть различной. Наоборот, ряд веществ, неактивных в аморфном состоянии, поворачивает плоскость поляризации в кристаллическом состоянии.
Вещества, не обладающие естественной способностью вращать плоскость поляризации, приобретают такую способность под влиянием внешнего магнитного поля. Явление вращения плоскости поляризации под действием магнитного поля носит название эффекта Фарадея (при прохождении света через намагниченный образец) или эффекта Керра (при отражении от образца). Угол поворота плоскости поляризации пропорционален длине пути ℓ света в веществе, находящемся в магнитном поле, и напряженности магнитного поля Н:
