§4. Поляризационные призмы

В основе работы поляризованных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления.

Наиболее часто для этого применяются призмы поляроиды.

Призмы делятся на два класса:

1)призмы, дающие только плоскополяризованный луч, - поляризационные призмы.

2)призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча, - двоякопреломляющие призмы.

1. Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу.

Например: призма Николя.

Представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линий АВ канадским базальтом с n=1,55

,

,

.

Оптическая ось OO’ призмы составляет с входной гранью угол 48˚. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ, раздваивается на два луча: 0 и е (). При соответствующем подборе угла падения, равного или большего предельного, 0 луч испытывает полное отражение, так как канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной, а затем поглощается зачерненной боковой поверхностью СВ. е луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него.

II) Двоякопреломляющие призмы испытывают различия в показателях преломления 0 и е лучей, чтобы развести их, возможно, дальше друг от друга.

Например: а) призмы исландского шпата и стекла4

б) призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями.

а) 0 луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется; е луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла () проходит призму почти без отклонения.

б) для двух призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенными и необыкновенными лучами.

§4. Искусственное двойное преломление

В прозрачных аморфных телах, а так же в кристаллах кубических систем может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий.

Например:

1) при механических деформациях тел. Это явление иногда называют фотоупругостью. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломлении 0 и е лучей. Опыт дает, что эта разность пропорциональна напряжению в данной точке тела, т.е. силе, приходящейся на единицу плоскости.

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

Поместим стеклянную пластину Q между скрещивающимися поляризаторами P₁ и P₂.

Пока стекло не деформировано, такая система свет не пропускает.

Если же пластину сжать, то свет через систему начинает проходить. Наблюдаемая в проходящих лучах картина испещрена цветовыми полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным листам пластинки. Следовательно, по расположению полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки (изохромата – цветная интерференционная линия (d=const)).

На этом основан оптический метод исследования напряжений. Изготовленные из прозрачного изотропного материала модель (например – плексигласа) какой-либо детали помещается между скрещивающимися поляризаторами. Модель подвергается действию нагрузок, подобных тем, какие будут использовать сами изделия. Наблюдаемая в проходящем белом свете картина позволяем определить распространение напряжений и об их величине.

2) Возникновение двойного лучепреломления в жидкостях и аморфных твердых телах под воздействием электрического поля было обнаружено Керром в 1875г.

Это явление получило название эффект Керра. В 1930 г. это явление наблюдалось и в газах.

Ячейка Керра (герметичный сосуд с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора) помещена между скрещивающимися поляризаторами. При подаче на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля.

Возникает разность и , пропорциональная квадрату напряжения E:

.

На пути между 0 и е лучами возникает разность хода:

.

Или разность фаз ,

где B – характерная для вещества величина, называемая постоянной Керра.

Эффект Керра объясняется различной поляризованностью молекул по разным направлениям. Без поля молекулы ориентированы хаотически, поэтому жидкость в целом не обнаруживает анизотропии.

Под действием поля молекулы поворачиваются так, что в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направление наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В результате жидкость становится анизотропной.

3) Возникновение оптической анизотропии у некоторых изотропных веществ (жидкостей, стекол) при помещении их в сильное внешнее магнитное поле называется эффектом Коттона-Мутона.

В однородном магнитном поле вещество приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с напряженности магнитного поля.

.