Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
Однако получение дополнительной информации из измерений показателя преломления вблизи линии поглощения требует более подробного обсуждения. Заметим, что исследование зависимости п(к) в разреженных газах и парах металлов представляет наи-
4.6. Зависимость 2п2х и п(1 - эе2) от квадрата частоты со2
151
больший интерес, так как именно в этом случае исходные положения развитой теории в большой степени соответствуют условиям опыта.
Эффектный опыт, качественно иллюстрирующий ход показателя преломления вблизи линии поглощения, был поставлен Кундтом и усовершенствован Вудом. Фактически ими было осуществлено своеобразное развитие метода скрещенных призм Ньютона. Пучок света от вольтовой дуги или мощной лампы накаливания пропускается через горизонтальную кювету и разлагается в спектр призмой с вертикальным преломляющим ребром (рис. 4.7). Кювета откачивается ротационным Насосом и
4.7. Схема опыта Кундта-Вуда
подогревается снизу газовой горелкой, в результате чего кусочек металлического натрия, лежащий на нижней стенке кюветы, постепенно испаряется. Верхняя часть кюветы охлаждается, и внутри нее создается неравномерная по высоте плотность паров — внизу концентрация атомов натрия велика, вверху их мало. Такой столб паров действует на проходящий пучок света как своеобразная призма с горизонтальным преломляющим ребром. В результате совместного действия «призмы» из паров натрия и обычной стеклянной призмы на экране должна отобразиться зависимость показателя преломления от длины волны, которая вблизи линии поглощения терпит разрыв (рис. 4.8). Если вместо стеклянной призмы ввести в оптическую схему спектральный прибор с щелью, позволяющий разрешить две резонансные линии натрия (5890—5896 А), то можно наблюдать более сложный ход показателя преломления внутри и вне натриевого дублета.
Для количественных измерений дисперсии в разреженных газах и парах металлов обычно проводят интерферометрические измерения,
4.8. Разрыв линии на экране, отображающий зависимость п от Я в опыте Кундта-Вуда
152
позволяющие заметить небольшие изменения показателя преломления. Методика таких измерений с-использованием интерферометра Рождественского, наиболее приспособленного для решения данной задачи, обсуждена в § 5.6.
Вещества, обладающие способностью вращать плоскость поляризации, называют оптически активными. Этот эффект наблюдается у ряда кристаллических и аморфных тел. Начнем наше рассмотрение с анализа экспериментального материала.
1. Опыты с кварцем. Классическим объектом для демонстрации вращения плоскости поляризации служит одноосный кристалл . Схема опыта представлена на рис. 4.9. Поляризатор и анализатор установлены так, что они не пропускают излучения (скрещены). После введения пластинки кварца толщиной d поле просветляется. Свет распространяется вдоль оптической оси
кварца, и, следовательно, двойное лучепреломление отсутствует. Повернув анализатор на 4-10- Правовра-
шаюший и лево-
угол ср, снова получаем темноту, что доказы- враЩшоЩИЙ кРи-вает наличие в данном случае именно поворота сталлы кварца плоскости поляризации, а не какого-то другого
явления (например, при возникновении эллиптической поляризации было бы невозможно погасить свет вращением анализатора). Опыт показывает, что разные образцы кварца вращают плоскость поляризации вправо или влево (если смотреть навстречу световому лучу). Таким образом, различают правое вращение (по часовой стрелке) и левое вращение ( против часовой стрелки). Не пытаясь пока объяснить этот процесс, укажем, что кристаллы правовращающего и левовращающего кварца отличаются по своей форме и являются зеркальным отображением друг друга фис. 4.10).
Опыт дает ср = ad, причем коэффициент а ~ 1Д2, т.е. сильно зависит от длины волны падающего на кристалл света. (Так,
§ 4.5. ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ
4.9. Схема опыта по изучению эффекта вращения плоскости поляризации
В.
1
о
d
Кварц
153
при d — 1 мм имеем сржелт ~ 20°, а ФфИол ~ 50°.) Следовательно, вращение плоскости поляризации света кварцем — это эффект, который легко наблюдается.
2. Опыты с аморфными веществами (сахар, камфора, патока, никотин и др.)- Опыт ставится так же, как и в предыдущем случае, но вместо кварца между поляризаторами вводят кювету с оптически активным веществом. Если обозначить длину кюветы через d, а концентрацию вещества — через с', то из опыта получается ф = [a] dc, где [а] — постоянная вращения для данного вещества, сильно зависящая от длины волны ([а] ~ 1Д2) и слабо — от температуры образца. Постоянная вращения [а] практически не зависит от агрегатного состояния вещества.
Подобные опыты лежат в основе метода определения концентрации оптически активного вещества при измерении угла вращения плоскости поляризации. Метод имеет многочисленные приложения. В частности, им пользуются для нахождения концентрации сахара в производственных растворах и биологических объектах (кровь, моча). Конечно, такие измерения должны проводиться в стандартных условиях опыта (X = const, t = = const) в спектральной области, далекой от собственных полос поглощения исследуемого вещества, так как в противном случае наблюдаются некоторые аномалии. Угол поворота плоскости поляризации ф можно измерить с большой точностью (погрешность измерений -0,01°). Для достижения такой точности используют дополнительные устройства (полутеневые анализаторы), в которых измерение угла вращения проводят уравниванием освещенности двух половин поля зрения. Подобный способ значительно точнее обычного определения, при котором нужно заметить исчезновение света, прошедшего через скрещенные поляризаторы.
