книги из ГПНТБ / Большанина М.А. Распространение света в анизотропных средах
.pdf- 136 |
- |
, |
Мы рассмотрим только один простейший случай. |
||
Пусть одноосная пластинка вырезана |
так, |
что ее преломляющая поверх |
ность перпендикулярна оптической оси. Будем освещать пластинку пуч ком поляризованных сходящихся лучей. Для получения интерференции употребляется схема, изображенная на рис. 46 .
Источником света слунит |
широкая поверхность |
.находяща |
яся' в фекальной плоскости линзы |
(подобно тому,, |
как ото де |
лается для. наблюдения кривых одинакового наклона в изотропных плас тинках). Широкий пучек лучей, исходящий из лабой точки светящей- •
ся поверхности, превращается линзой |
|
в параллельный, пучек |
|
|||||
данного |
наклона, |
который линзой |
собирается |
на экране |
• |
|||
. |
помещенном в |
ее |
фокальной |
плоскости. |
|
|
||
Буквами |
<Р ,М |
и |
J t |
на рис. |
обозначены |
соответственно |
|
|
поляризатор, кристаллическая пластинка и анализатор. |
|
|||||||
Случай падения лучей наклонно на пластинку, |
вырезанную перпенди- |
г |
||||||
кулярно |
оптической оси,изобраыен на рис.47. |
3 кристаллической |
|
|||||
пластинке будут распространятся дзе волны с разными скоростями.
Обыкновенный и необыкновенный лучи в кристалле идут не параллель но.
Разность хода будет зависеть от угла падения лучей. Ее цокно найти из. рис. 47 .
-/137 -
Луч света, идущий в кристалле под углон Y ' к нормали,
проходит в пластинке путь £> , равный
cL .
C o & V ' *
Тогда разность фаз между лучами будет
й 9 - Щ ^ ( п , - п 0).
Или
Все лучи, падающие под |
одним и тем не углом |
Ü , имеют одну и |
|
ту же разность фаз и, |
следовательно, |
дадут одну и ту не интер |
|
ференционную картину. |
Если ось пучка |
света, |
падающего на плас |
тинку, перпендикулярна |
к пластинке, |
то нужно ожидать появления |
|
интерференционных колец. Однако, дело этим не ограничится. Карти-
на будет более сложная.
Рассмотрим более детально картину интерференции. На рис. 48 изображен пучек поляризованных лучей, падающих на пластику.
Оптическая ось пластинки пустъ будет ОМ,Пусть плоскость^
чертежа будет плоскостью главного сечения николя-п оляри затора.
Тогда все выходящие из него лучк имеют колебания, параллельные '
\плоскости чертежа. Это очень важно помнить при разборе интерфе ренционной картины.
I
- 138 -
Рассмотрим лучи, распространяющиеся в вертикальной плос кости. Представителем их является луч 0 £ , . Плоскостьв главного сечения пластинки для этого луча; будет плоскость чертена О І Д
Колебания в луче дбват в плоскости ^главного сечения пластинки.
Поэтому лн пройдет пластинку как:яеобыкновенный луч без разделения
на два луча. Интерференция будет |
отсутствовать, и, если Николи |
||||||
поставлегік на |
темноту, |
то на экране будет |
темное пятно. |
Так как |
|||
о т о имеет шесто для всех лучей, лежащих в |
вертикальной |
плоскости, |
|||||
то на экране получится вертикальная темная полоса. |
|
||||||
Рассмотрим, лучи, идущие'в горизонтальной плоскости, нап |
|||||||
ример, 0 L |
. Для них плоскость® |
главного сечения плас'тинки будет |
|||||
плоскость |
0 1 г М , |
т .е . плоскость, |
перпендикулярная |
чертежу. |
|||
Колебания |
в луче |
лекат в плоскости главного сечения нйколя- |
|||||
поляризатора, т .е . в вертикальной |
плоскости. |
|
|||||
Следовательно, |
колебания |
в луче |
О А перпендикулярны |
||||
плоскости |
главного сечения пластинки, к луч пройдет пластинку как |
||||||
обыкновенный без разделения. Опять интерференции не будет. Это
-ІЪ 9 -
относится ко всей лучам, распространяющийся в горизонтальной плос кости. На экране получится черная горизонтальная полоса.
Итак,' получится черный крест.
Рассмотрим луч Däß.^, идущий в наклонной |
плоокости d l s M . |
Зта заштрихованная на рис.48 плоскость является |
для этого луча |
плоскостью главного сечения.' Колебания в луче лежат в вертикальной
плоскости. |
Луч |
О |
/ , должен в пластинке разделиться на два луча, |
в одном из |
которых колебания лежат в плоскости 0 £ ЬМ (необык |
||
новенный луч), |
а |
во втором - перпендикулярно. этой плоскости. Эти |
|
два луча,будучи приведены никоден-анализатором к одному направле
нно колебаний, буду* интерферировать. Для кощгса лучей, падающих на пластинку под одним и тем же углом, получится окружность, окрас
ка которой будет зависеть от угла падений. Для других растворов ко
нуса получатся округлости другой окраски. В конечной итоге интер
ференционная картина будет представлять систему цветных колец, пе ресеченных темным црестои.Цря повороте николя-анализатора на 90°
цвет колец будет изменяться на дополнительный, а черный крест превращаться в- белый.
Если пластинка вырезана параллельно оптической оси, то
получаются цветные кривые, похожие на лперболы.
Ин не будеы разбирать случайдвуосдах кристаллов ввиду
его гсд'ояноста. Приведен только фотографии интерференционной кар тины. На рис.39 приведена картина згатерференцаи в сходящихся лу чах в одноосной нршгтаяле, н&реза-ннон перпендикулярно оптической беи. ЕпсЛО изображает картину’ в сходящихся лудах для двуосного кристалла, причем биссектриса утла нейду оптическими осями перпен дикулярна к .пластинке. Наконец, рис.51 относится к случав, когда двуосная лластішка вырезана перпендикулярно одной'-из оптических осей.^моуяки заимствованы из Е 93. Все три случая соответствуют
- 140 -
скрещенный никодни. По таким характерным картинам можно установить,
является - ли кристалл одно - или двуосным и как ориентированы его оси. Такие фигуры широко используется минералогами для анализа ми-
Для получения хороших фигур при интерференции в сходя щихся лучах нужно соблюдать некоторые условия.
Первое из этих условий заклинается в правильном подборе толщины
•пластинки. Этот вопрос был подробно рассмотрен для случая интерфе
ренции в параллельных лучах. В слишком тонких пластинках в поле
зрения может Ее оказаться пи одного интерференционного кольца. В
слишком толстой пластинке кольца (или другие кривые одинаковой разности хода) могут быть расположены так тесно, что максимумы и минимумы сольются.
Второе условие связано с т: и, что хотя поверхности двух волн, обыкновенной и необыкновенной, параллельны, однако, соответ
ствующие им лучи в пластинке непараллельны. Хотя по выходе из плас
тивки лучи окажутся параллельными, но они будут смещены друг отно сительно друга. Для интерференции же необходимо, чтобы пучки обык
новенных и необыкновенных лучей перекрывались. Поэтому необходимо употребл'ть широкие пучки падающих на Пластинку лучей. Сфокусиро-
■staAndS на экране, они будут интерферировать. Отсюда следует, что
в качестве источника света необходимо взять светящуюся поверхность достаточно большой протяженности, помещенную в фокальной плоскос-
ти'первой линзы.
Наконец; для увеличения интенсивности и для того, чтобы получить достаточно большое число кривых одинакового наклона,
нужно большое увеличение микроскопа (достоточно большой диапазон углов падения).
Очевидно, что эта методика походит на методику получения кривых одинакового наклона в тонких пластинках
§ 2 7 . Применение_поляризованных лучей. |
|
|
Поляризованные лучи имеют огромное число, |
применений, о |
|
чем уже упоииналрсь в § 23. |
|
|
I . Рассмотрим некоторые из них. Мы для этой |
цели |
воспользовались |
прекрасной книгой іерклиффа "Поляризованный |
сзе т " . В ней приве |
|
дена библиография из 527 названий. |
|
|
- 142 -
Как в науке, так и в практике приходится часто применять
регулирование интенсивности света. Для этой цели удобно применять либо два поляроида, либо два николя. Такое устройство удобно, так
как интенсивность |
можно изменять |
очень плавно, причем в огромное |
||
число раз. |
|
|
|
|
Из бытовых применений упомянем оснащение^кон вагонов и |
||||
судов парами поляроидов. Вращая |
один из них, |
пассажир может полу |
||
чить желаемее освещение. |
|
|
||
В 1938 г . |
впервые |
в США были применены такие |
устройства в вагонах |
|
железной дороги, |
а в 1953 г . на |
океанских судах США. |
||
Пара поляроидов применяется в солнечных очках, в секстан |
||||
тах для уменьшения яркости солнечного диска, |
при фотографировании |
|||
с искусственным освещением. |
|
|
||
Изменение |
интенсивности основано |
на законе Малю. |
||
2. Полезным прибором является поляризационный фотометр и спектро фотометр. Эти приборы служат для измерения коэффициента поглощения
интегрального или в различны* участках спектра.' Спектрофотометр
представляет |
собой спектрометр, снабженный двумя николями. Один из |
них закрывает |
все поле зрения, а другой - только половину*. Один из |
николей можно |
вращать, причем угол поворота отсчитывается на лим |
бе. Прибор снабжен ширмой для выделения необходимых частей спек тра. Кювета с жидкостью или пластинка изучаемого вещества должна
закрывать только половину поля зрения.
Другая половина закрыта николем. Раздвинув ширму, можно сначала
осмотреть весь спектр и выяснить, в каких участках имеются полосы поглощения. Затем,выделить один из этих участков ширмой и скомпен-
сировать уменьшение интенсивности от поглотителя в нижней части
поля |
зрения при помощи вращения николя, закрывающего верхнюю |
|
часть |
поля зрения. Тогда, очевидно, имеем: |
- |
ШИОШ* U X C R L
Пусть интенсивность света, Задающего на кювету, будет равна Уо
Тогда |
до компенсации |
|
j / |
ы |
|
||
|
|
'У о |
__ |
|
|||
|
|
•JS e/u x .'tatr-/ |
£ |
J o , |
|
||
|
|
У . |
_ |
£ |
_ V ^ . |
||
|
ß |
ниъсн. Части |
— |
£ |
|||
где |
- коэффициент поглощения |
и |
OL -толщина поглощающего |
||||
слоя. |
|
|
|
|
|
|
|
После |
компенсации при помощи нико. |
: получится |
|||||
|
|
У/efiSM. части |
|
|
|
|
tСоУ-cL - ІУ0СаУъС. |
|
|
=■ Уве/хн. гости |
|||||
Отсюда |
следует |
|
|
|
|
- м |
|
|
|
І У о Ш |
^ |
- І У |
|||
|
|
е |
|||||
Ез этого выражения можно найти |
|
|
. |
|
|||
3. |
Поляроиды можно.применить для |
световой блокировки. Свет фар |
|||||
встречного транспорта слепит глаза шофера. Для устранения этого можно сделать смотровое стекло из поляроида с одним направлением
оси, а для фар употребить поляроиды с |
осью перпендикулярной |
к |
||
первому. |
Дорога, освещаемая фарами, |
будет видна шоферу, так |
как |
|
. |
|
, |
|
|
при рассеянии свет деполяризуется. |
|
|
||
|
Лучшей.'является другая схема. |
Оси поляроидов и ветрового |
||
стекла и фар устанавливают параллельно |
.фуг другу под углом |
45° |
||
к горизонту. Тогда оси 'поляроида фар встречного автомобиля будут перпендикулярны относительно ветрового поляроида первого автомоби ля, и свет фар не будет виден.
Поляроиды до сих пор не нашли практического применения в автомобильной промышленности по ряду причин.
4 . Одним поляроидов можно воспользоваться для устранения бликов,
получающихся при отражении света от объектов, например от воды,
при фотографировании - от некоторых объектов. Отраженные лучи,
как известно, поляризованы, и, если фотокамеру оснастить поляро идом, JTO блики устраняются. Такими камерами можно фотографировать подводные объекты с самолета. •
-144 -
5.Существует система стереокино, где два изображения для двух глаз пропускаются через два поляроида с*
осями, а |
зрители снабжаются очками из поляроида, причем так, что |
бы левый |
глаз -видел только левое изображение, а правый - правое. |
У Шерклиффа указано еще множество различных применений,
на которых мы здесь не останавливаемся.
6 . Рассмотрим еще устройство одного очень важного прибора - поляри
зационного микроскопа, служащего для наблюдения интерференции по
ляризованных лучей, он представляет |
собою микроскоп, |
снабженный |
двумя николями. Схема его приведена |
на рис.52. |
; |
|
/ - |
145 - |
|
|
|
’представляет coöob исследуемый объект. Остальныцчасти ясны |
|||
из |
рисунка. Объект можно рассматривать как’в параллельных, |
так и |
||
в |
сходящихся лучах. Если пластинка |
-^ -^ п р е д с т а в л я е т |
собой |
шлиф |
минерала, то по получавшейся интерференционной картине |
можно выяс |
|||
нить, является-ли минерал двупреломлявщиы,. одноили двуосным, |
||||
каково расположение осей. Если воспользоваться компенсатором, то,
зная толщину шлифа, можно опредедить-разность показателей прелом
ления |
а, значит, в совокупности: с другими признаками |
опознать минерал. |
|
|
Поляризационный микроскоп широко употребляется в минерало |
гии в |
поисках полезных ископаемых. Многие минералы обладают двойным |
лучепреломлением.-В пробе с породой в темном поле крупинки мине рала кажутся светлыми или окрашенными. До их количеству можно су
дить. о содержании минерала в породе.
При изготовлении абразивных материалов на основе корунда
*
и карборунда очень важно определить в них количество разных меха нических примесей, обычно портящих абразив. Это можно сделать,
воспользовавшись поляризационный микроскопом.
..... -П о,цвету тонких анизотропных пленок модно определить их толщину, зная Л 12. для них и воспользовавшись компенсатором.
Поляризационный .микроскоп дает интересные сведения о при-
роде анизотропии в полимерах, в органических.волокнах и пленках,
в_ аидких кристаллах. Если жидкость состоит из длинных цепочечных
молекул, то при ламинарном течении такие .молекулы стремятся расположиться своими длинными осями.перпендикулярно градиенту
скорости и жидкость становится анизотропной. Изучение анизотро пии текущей жидкости дает сведения о природе се -молекул. Двойным
лучепреломлением обладают биологические объекты,- в том |
числе |
|
и кнетка. . |
■. . |
|
7 . .До изобретения.рентгеновского структурного анализа |
изучение |
|