Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим более подробно вопрос об интенсивности плоско-поляризованного света, прошедшего через произвольную кристаллическую пластинку. Обозначим через ВВ' направление колебаний вектора Е в обыкновенном луче (рис .3.5). Тогда ОО' будет направлением колебаний Е в необыкновенном луче. Очевидно, что ОО' JL ВВ' и лежит в плоскости главного сечения кристалла. Пусть на кристалл падает плоская волна, в которой направление колебаний ААвектора Е составляет угол а с ВВ'. Тогда, обозначая через (Eq)0 и (Eq)? амплитуды колебаний векторов Е в обыкновенной и необыкновенной волнах, имеем
v-^u/q ("и/пад COSCX, (Eq)€ ~ (Ео)пад sinOC.
Учитывая, что интенсивность света I определяется квадратом амплитуды колебаний, получаем
10 = ^пад cos2a, 1е = Гпад sin2a.
Следовательно,
Ijl0 = tg2a, I0 + Ie = 1пад. (3.1)
Отношение I0/le зависит от угла а. Через каждые п/2 или Г0, или 1е обращается в нуль. Эти соотношения названы правилами Малю, и их можно эффектно продемонстрировать в опыте (рис. 3.6). Вращая поляризатор относительно кристалла и подобрав диаметр исходного пучка света так, чтобы при данной толщине кристалла пучки частично перекрывались, наблюдаем постоянную интенсивность в области перекрывающихся пучков
3.5. К выводу правил Малю
118
и резкое изменение относительной интенсивности пятен при вращении кристалла относительно поляризатора.
В эксперименте используют приборы и приспособления для получения поляризованного света, основанные на изложенных выше свойствах. К числу таких устройств относится призма Николя, выделяющая один из поляризованных лучей, тогда как второй поглощается зачерненными 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 склеенного канадским бальзамом — веществом, прозрачным для видимого света, с показателем преломления пк 6 = 1,55, удовлетворяющим соотношению пе < пк 6 < 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. 3.7,6), также изготовленные из исландского шпата, но без склейки канадским бальзамом. Направле-
ния оптических осей в двух кусках исландского шпата, из которых состоит такая двоякопреломляющая линза, ортогональны. Поэтому внутри призмы обыкновенный и необыкновенный лучи расходятея и выходят из нее под разными углами (рис. 3.7, б). Таким образом получаются два расходящихся луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Напоминаем, что из призмы Николя (рис. 3.7, а) выходит один полностью поляризованный луч.
Кроме описанных существуют также поляризаторы, в которых используется явление дихроизма — избирательное поглощение
3.6. Опыт, иллюстрирующий правила Малю
3.7. Призма Николя (а) и призма Волластона (б)
119
некоторыми кристаллами света определенной поляризации. Наиболее известный кристалл такого рода — турмалин, в котором практически нацело поглощается обыкновенный луч, а необыкновенный луч определенного спектрального состава (желто-зеленая область спектра) проходит. Поэтому турмалин является не только поляризатором, но и своеобразным светофильтром. Дихроизм — довольно сложное явление и здесь не обсуждается. Заметим, что наиболее важны его приложения при изготовлении поляроидов, которые нашли широкое применение в науке и технике. Поляроид — тонкая пленка из множества мелких и очень дихроичных кристаллов, нанесенная на целлулоид или какую-либо другую прозрачную подложку. Таким образом, удается получить большие листы, практически нацело поляризующие свет почти во всей видимой области спектра; лишь для фиолетовых и красных лучей степень поляризации сравнительно невелика .
В заключение вернемся к качественной характеристике природы явлений, приводящих к возникновению двойного лучепреломления и других особенностей распространения света в кристаллах. Очевидно, что анизотропия среды служит тем основным физическим свойством, которое и обусловило рассмотренные экспериментальные факты. Но, по-видимому, следует говорить об анизотропии как о каком-то интегральном эффекте, связанном с упорядоченным расположением молекул, а не об асимметрии самих молекул, которая должна усредниться при их хаотичном расположении и в общем случае не может привести к возникновению преимущественных направлений в изучаемом веществе.
Внешним воздействием изотропное тело можно сделать анизотропным . Следовательно, можно искусственно создать двояко-преломляющую среду. Ниже излагаются два наиболее характерных способа получения искусственного двойного лучепреломления .
