4. 4. Поляризация света. @

Устройства, которые служат для поляризации света, на­зываются поляризаторами. В качестве поляризаторов можно использовать:

• cтопу Столетова, действие которой основано на поляриза­ции света при отражении и преломлении на границе раздела двух диэлектриков (рис. 4. 7);

• поляризационные призмы, действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении.

• поляроиды, действие которых основано на свойствах дих­роичных кристаллов.

В ысококачественным поляризатором является поляриза­ционная призма Ни­коля (или просто ни­коль), действие которой основано на поляризации света при двойном лучепреломлении в исландском шпате. Призма Николя (рис. 4.11) представляет собой две призмы из исландского шпата, склеенные вдоль линии АВ канадским баль­замом, показатель преломления которого равен n_к.б. = 1,55. Оп­тическая ось ОО' призмы составляет с входной гранью угол 48⁰. Падая на грань призмы АС, естественный луч раздваивается на два луча: обыкновенный (n_о = 1,66) и необыкновенный (n_е = 1,51). Попадая на границу раздела "исландский шпат – канад­ский бальзам" обыкновенный луч испытывает полное внутрен­нее отражение, так как этот луч распространяется из оптически более плотной в оптически менее плотную среду (n_о > n_к.б. > n_е) и угол падения 76,5⁰ больше предельного угла, а затем поглощается за­черненной гранью СВ. Необыкновенный луч свободно проходит через призму и выходит из нее плоскополяризованным.

Поляроиды, действие которых основано на свойствах дихроичных кристаллов, представляют собой целлулоидную пленку в которую вкраплены большое количество одинаково ориентированных кристалликов (например, геропатита). Поля­роиды по сравнению с призмами менее прозрачны и в них сте­пень поляризации сильно зависит от длины волны падающего света. Преимуще­ством перед призмами является только то, что их можно изгото­вить с большей площадью поверхности.

4. 5. Анализ плоскополяризованного света. Закон Малюса. @

Глаз человека не может отличить поляризованный свет от естественного, поэтому для анализа поляризованного свет необходимо использовать поляризаторы, которые в этом случае называются анализаторами. Все ранее перечисленные поляризующие устройства можно использовать для анализа поляризации света. Анализи­ровать поляризованность света первым предложил французский физик Э. Малюс (1775-1812), установив закон изменения интен­сивности поляризованного света.

Возьмем в качестве поляризатора и анализатора дихро­ичный кристалл турмалин (рис. 4.12). Пусть естественный свет падает пер­пендикулярно оптической оси ОО' поляризатора П. Через поляризатор сво­бодно пройдут колебания светового вектора, параллельные плоскости поляризатора. Колебания светового вектора, пер­пендикулярные плоскости поляризации, полностью поглотятся кристаллом турмалина. Ранее уже говорилось о том, что любое колебание вектора Е_с можно представить как резуль­тат сложения двух взаимно перпендику­лярных векторов Е_х и Е_у (рис. 4. 2), а так как колебания вектора Е_с естественного света хаотичны и равновероятны, то ин­тенсивность света, прошедшего через поляризатор, равна половине интенсив­ности падающего естественного света:

Если плоско поляризованный свет падает на анализатор А (рис. 4.13), то через него пройдет только составляющая, параллельная главной плоскости анализатора:

Е = Е₀ cos,

где  - угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды (I ~ E²) ,то для интенсивности света I, вышедшего из анализатора получаем:

I = I₀ cos²,

где I₀ – ин­тенсивность света, падающего на анализатор. Этот закон называется законом Малюса. Если естествен­ный свет с интенсивностью I_ест проходит последовательно сквозь поляризатор и анализатор, то выходящий свет имеет ин­тенсивность

.

При  = 0 (плоскости поляризатора и анализатора параллельны) интенсивность максимальна I_max = 1/2 I_ест, при  = π/2 (плоско­сти поляризатора и анализатора взаимно перпендикулярны) ин­тенсивность минимальна I_min = 0.

Для анализа поляризованности света анализатор нужно вращать вокруг луча, если при этом можно найти такое положение, при котором свет сквозь него не проходит (интенсивность стано­вится равной нулю), то такой свет полностью поляризован; если при вращении анализатора интенсивность света не изменяется, такой свет будет естественный.