Построение хода обыкновенного и необыкновенного лучей с помощью принципа Гюйгенса.

рис.12.7

Ход обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле можно определить с помощью принципа Гюйгенса. На рис. 12.7 построены волновые поверхности обыкновенного и необыкновенного лучей с центром в точке 2, лежащей на поверхности кристалла. Построение выполнено для момента времени, когда волновой фронт падающей волны достигает точки 1. Огибающие всех вторичных волн (волны, центры которых лежат в промежутке между точками 1 и 2, на рисунке не показаны) для обыкновенного и необыкновенного лучей, очевидно, представляют собой плоскости. Преломленный луч обыкновенный или необыкновенный, выходящий из точки 2, проходит через точку касания огибающей с соответствующей волновой поверхностью. Напомним, что лучами называются линии, вдоль которых распространяется энергия световой волны Из рис. 12.7 следует, что обыкновенный луч о совпадает с нормалью к соответствующей волновой поверхности. Необыкновенный же луч е заметно отклоняется от нормали к волновой поверхности. На рис. 12.8 изображены три случая нормального падения света на поверхность кристалла, отличающиеся направлением оптической оси. В случае а лучи о и е распространяются вдоль оптической оси и поэтому идут не разделяясь. Из рис. 12.8, б видно, что даже при нормальном падении света на преломляющую поверхность необыкновенный луч может отклониться от нормали к этой поверхности. На рис. 12.8, в оптическая ось кристалла параллельна преломляющей поверхности. В этом случае при нормальном падении света обыкновенный и необыкновенный лучи идут по одному и тому же направлению, но распространяются с разной скоростью, вследствие чего между ними возникает все возрастающая разность фаз. Характер поляризации обыкновенного и необыкновенного лучей таков же, как для лучей, изображенных на рис. 12.7.

рис.12.8

Поляризационные приспособления: Призма Николя, дихроичные пластинки, поляроиды.

вращении кристалла относительно поляризатора.

В эксперименте используют приборы и приспособления для пополучения поляризованного света, основанные на изложенных выше свойствах. К числу таких устройств относится призма Николя (рис. 3.7), выделяющая один из поляризован поляризованных лучей, тогда как второй поглощается зазачерненными стенками или выводится из прибора, что полезно при работе с большими потоками света (рис. 3.7, а). Призму Николя изготовляют из специально вырезанного кристалла исландского шпата, разрезанного и затем склеенсклеенного канадским бальзамом — веществом, пропрозрачным для видимого света, с показателем преломления як. б « 1,55, удовлетворяющим соотношению пе < пк. б < п0. При выбранной геометрии призмы Николя и подходящем угле падения обыкновенный луч испытывает в слое бальзама полное внутреннее отражение, а необыкновенный луч проходит через призму. Призма Николя служит превосходным поляризатором (вышедший луч полностью поляризован), но большие высококачественные кристаллы исландского шпата являются редкостью и изготовление такого прибора достаточно большого сечения очень дорого. Кроме того, канадский бальзам поглощает ультрафиолетовое излучение, и в качестве поляризаторов в ультрафиолете обычно используют призмы Волластона (рис. 3.7, б), также изготовленные из исландcкого шпата, но без склейки канадским бальзамом» Направления опоптических осей в двух кусках исландского шпата, из которых состоит

Рис. 3.7. Призмы Ни-

Николя (а) и Волласто-

Волластона (б)

2. Дихроичные пластинки, анизотропное поглощение.

При прохождении некоторых двояко преломляющих кристаллов ( простейший кристалл- турмалин) один из лучей (чаще обыкновенный) поглощается кристаллом сильней, чем другой. Поэтому проходя такой кристалл, оба луча поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, выходят из кристалла с существенно различной интенсивностью, и поэтому прошедший через кристалл свет оказывается частично поляризованным ( при толщине кристалла турмалина равной 1мм обыкновенный луч поглощается практически полностью. Это явление носит название дихроизма или анизотропного поглощения. Механизм анизотропного поглощения можно объяснить следующим образом. Анизотропия структуры турмалина приводит к тому, что электроны имеют возможность двигаться преимущественно в одном направлении относительно кристалла. Если поляризация падающей световой волны совпадает с этим направлением, то электрическое поле световой волны вызывает сильную раскачку электронов, передавая им свою энергию, а электроны в свою очередь передают энергию кристаллической решетке. В результате световая волна поглощается. Если же поляризация падающей волны перпендикулярна направлению возможного движения электронов в кристалле, то колебания электронов практически не возбуждаются либо электроны колеблются с небольшой амплитудой, отдавая свою энергию вторичному излучению, а не решетке кристалла. В этом случае световая волна испытывает лишь незначительное поглощение. Из сказанного ясно, почему при облучении кристалла турмалина, на выходе из него образуется линейно поляризованный свет: турмалин пропускает свет лишь той поляризации, которая перпендикулярна направлению возможного движения электронов в кристалле.

3. Поляроиды. Пленочные дихроичные поляроиды изобретены в 20х годах 20столетия. Очень дешевые устройства дали широкую дорогу к практическому применению поляризации. Поляроиды представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки. Наиболее распространенным материалом для приготовления поляроидов является герапатит, представляющей собой соединения йода с хинином. Этот материал вводят в целлулоидную или желатиновую пленку. В ней ультрамикроскопические кристаллики герапатита каким либо способом (обычно механически, например, протаскиванием вязкой массы через узкую щель) ориентируются своими оптическими осями в одном и том же направлении. Полученная масса, подобно турмалину, действует как один кристалл и поглощает световые колебания, электрический вектор которых перпендикулярен оптической оси.

Часто применяют полимер, называемый поливиниловым спиртом. Подбор активаторов определяется дихроизмом молекул и его спектральной областью, а также способностью молекул к ориентации. Хорошей пропускаемостью и высоким поляризующим действием в области 500-700нм обладают поляроиды, изготовленные из растянутой пленки поливинилового спирта, прокрашенной йодом. В пленке образуются длинные цепочки полимерных дихроичных молекул комплексного соединения поливиниловый спирт-йод.