Р

Рис 19 б)

2.8. Поляризационные элементы

ассмотрим случай нормального падения волны на кристалл, опти­ческая ось которого параллельна его поверхности (рис. 20).

Н

Рис. 19 а)

Рис 19 в)

Рис 19 г)

а положи­тельный кристалл, ось которого направлена вдоль оси , падает волна, вектор которой имеет компоненты и .

К

Рис. 20

омпонента волны в кристалле является обыкновенной и распро­страняется вдоль оси со скоростью , а компонента (необыкновен­ная) - со cкopocтью . В результате на толщине кристалла между и компонентами возникает разность фаз

,

где -длина волны света. Подобрав определенную толщину кри­с­талла, можно изготовить фазовую пластинку с заданными значениями . В данном случае ось является "быстрой" осью.

Аналогичным образом можно изготовить поляризаторы. При этом используют кристаллы, в которых один из лучей сильно ослабляется в результате поглощения. Так, для кристалла турмалина при пол­ностью ослабляется обыкновенный луч, а герапатит поглощает один из лучей уже при толщине 0,1 мм. Такие пластинки называются полярои­дами. Одним из недостатков поляроидов является то, что вместе с пол­ным ослаблением одного из лучей происходит заметное ослабление дру­гого.

Этого недостатка лишены поляризационные призмы. Такие призмы обычно изготовляют из исландского шпата, у которого велико разли­чие между обыкновенным и необыкновенным показателями преломления ( ; ). Призма состоит из двух одинаковых частей (рис. 21), склеенных по грани BD канадским бальзамом ( ). Падающий луч на грани AB разделяется на два: обыкновен­ный и необыкновенный.

О

Рис. 21

быкновенный луч испытывает на грани BD полное внутреннее от­ражение и либо выходит через грань AD, либо поглощается на ее зачер­ненной поверхности. Необыкновенный луч выходит из грани CD практи­чески без ослабления.

В некоторых твердых и жидких веществах при прохождении линейно поляризованного излучения возникает поворот плоскости поляризации. Такие вещества называют оптически активными. К ним относятся, напри­мер, кварц, скипидар, растворы сахара и т.д. В зависимости от направле­ния поворота плоскости поляризации оптически активные вещества де­лят на право- и левовращающие.

Явление оптической активности объясняется тем, что среда, через которую проходит излучение, обладает разными показателями прелом­ления и для правой и левой циркулярной поляризации соответст­венно.

Пусть на оптически активную среду толщиной падает волна, по­ляризованная вдоль оси . Представим эту волну в виде суммы двух волн с правой и левой круговой поляризацией, т.е.

.

Поскольку каждая из циркулярных составляющих движется в актив­ной среде со своей скоростью и , на выходе из среды вектор Джонса волны будет

. (2.27)

Обозначим ; , тогда после неслож­ных преобразований получим

,(2.28)

где . (2.29)

Соотношение (2.28) показывает, что волна на выходе из активной среды также является линейно поляризованной и повернута по часовой стрелке от оси на угол , определяемый выражением (2.25).

В

Рис. 22 в)

Рис 22 б)

Рис 22 а)

Рис. 22 г)

практике поляризационных измерений широко используит двояко­преломляющие призмы - устройства для пространственного разделения линейно поляризованных обыкновенного и необыкновенного лучей. На рис. 22 показаны различные виды двоякопреломляющих призм, изготов­ленных из стекла и исландского шпата (а) и из исландского шпата с раз­личной взаимной ориентировкой оптических осей (б), (в), (г). Последняя из этих призм, называемая призмой Волластона, обеспечивает разведе­ние лучей на наибольший угол. Расчет этого угла будет рассмотрен ниже.

Во многих поляризационных измерениях используют устройства, вносящие переменную разность фаз. Такие устройства называют поляри­зационными компенсаторами. Компенсатор состоит из двух оптических клиньев, вырезанных из одноосного кристалла и склеенных так, что опти­ческие оси взаимно ортогональны (рис. 23). При прохождении излучения через компенсатор между обыкновенным и необыкновенным лучами воз­никает оптическая разность хода

Рис. 23

.

Поскольку разность по поверхности компенсатора изменя­ется, изменяется также и вносимая им разность фаз .