Поляроиды

В большинстве прозрачных одноосных кристаллов поглощение обыкновенного и необыкновенного лучей одинаково.

Однако существуют кристаллы, в которых один из лучей поглощается сильнее другого. Кроме того, их относительное поглощение зависит от направления их плоскостей поляризации внутри кристалла.

Поскольку с изменением направления распространения лучей в кристалле меняется и положение их плоскостей поляризации и. кроме того, имеет место селективность поглощения (зависимость поглощения от длины волны), то при прохождении через двоякопреломляющий кристалл естественного света, окраска кристалла, в зависимости от направления распространения света будет меняться в достаточно больших пределах.

Это явление получило название дихроизма (двуцветности). Более правильное название явления — плеохроизм (многоцветность), но оно менее употребительно.

Весьма сильным дихроизмом в видимой области спектра обладают кристаллы турмалина. В кристалле турмалина толщиной в 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, следовательно, турмалин может служить поляризатором света. Недостатком турмалина является наличие селективности поглощения и для необыкновенного луча; турмалин наиболее сильно поглощает красную и фиолетовую часть видимых лучей, поэтому прошедший через турмалин плоско поляризованный свет имеет желто-зеленую окраску.

В настоящее время широкое применение получили поляризаторы, изготовленные на основе дихроических кристаллов. Они представляют собой пленку целлулоида или другого прозрачного материала, на которую тонким слоем (около 1 мм) нанесены определенным образом ориентированные микроскопические кристаллики сильно дихроического вещества — герапатита (сернокислый йод-хинин).

Для предохранения пленки от механических повреждений, ее вклеивают между двумя стеклянными пластинками. Такие поляризаторы получили название поляроидов.

Поляроиды нашли широкое применение во всех случаях, когда не требуется особенно высокая степень поляризации.

Поляризаторы могут быть использованы и для анализа степени поляризации световых лучей. В этом случае они называются анализаторами.

Закон малюса

Рассмотрим частный случай использования поляризатора в качестве анализатора плоско поляризованного света. Пусть на пути естественного луча (рис.4), интенсивность которого l_ест , расположены перпендикулярно к нему поляризатор Р и анализатор А. Направления колебаний лучей, прошедших через поляризатор и анализатор, обозначены прямыми РР и АА (плоскости поляризации им перпендикулярны).

Если разложить все векторы Е, содержащиеся в естественном свете по двум взаимно перпендикулярным направлениям (спроектировать их, например, на плоскости колебаний и поляризации), то результирующие составляющие их будут равны (т.к. ни одно из направлений в естественном свете не имело преимущества).

Интенсивность прошедшего через поляризатор света l_р будет пропорциональна квадрату амплитуды составляющей Е_р, прошедшей через поляризатор Р, и составляет половину интенсивности естественного света, падающего на поляризатор Р:

(3)

Вследствие того, что плоскости колебаний поляризатора и анализатора составляют угол а, через анализатор А пройдет поляризованный свет, амплитуда вектора Е_А которого будет равна проекции вектора Е_р на плоскость колебаний анализатора:

E_A=E_pcosα. (4)

Интенсивность поляризованного света, прошедшего через анализатор в нашем случае будет равна:

1_А = кЕ²_А = кЕ²_р cos² a = I_p cos² а . (5)

Таким образом, интенсивность света 1_а, вышедшего из анализатора, равна произведению интенсивности света 1_р, прошедшего через поляризатор, на квадрат косинуса угла а между плоскостями колебаний поляризации поляризатора и анализатора (или между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора).

Этот закон называется законом Малюса. Согласно закону Малюса при α=0 (плоскости поляризации поляризатора и анализатора совпадают) 1_а=1_р при а=90° (поляризатор и анализатор "скрещены") 1_а=0. Это позволяет отличить плоско поляризованный свет от любого другого; если на пути плоско поляризованного луча перпендикулярно к нему расположить анализатор, то при вращении анализатора всегда найдется такое положение, при котором интенсивность света, прошедшего через анализатор, будет равна нулю.