Вращение направления линейной поляризации

Естественное вращение

Многие вещества, называемые оптически активными, обладают способностью поворачивать направление поляризации проходящего через них линейно-поляризованного света. Это кристаллические тела (кварц и др.), чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

Если на оптически активное вещество падает плоско-поляризованный свет, то прошедший через него свет оказывается тоже плоско-поляризованным: поворотом анализатора его можно полностью погасить и установить при этом угол j поворота плоскости поляризации.

Опыт показывает, что все оптически активные вещества поворачивают плоскость поляризации падающего на них света на угол

j = a L,

где L - толщина оптически активного слоя, a - постоянная вращения. Эта постоянная имеет различное значение для разных веществ и, кроме того, сильно зависит от длины волны света. В частности, поворот плоскости поляризации света кварцем - это сильный эффект, и его можно легко обнаружить.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации, оптически активные вещества подразделяют на право- и левовращающие, т.е. вращающие по, или против часовой стрелки, если смотреть навстречу световому пучку.

Вращательная способность кварца связана с его кристаллической структурой, так как плавленый кварц не обладает оптической активностью. Для оптически же активных жидкостей и аморфных тел эффект вращения обусловлен асимметричным строением самих молекул.

Опыт показывает, что при изменении направления распространения света на противоположное поворот плоскости поляризации происходит в обратную сторону.

Измерение угла поворота плоскости поляризации лежит в основе методов определения концентрации оптически активных веществ. Этим пользуются, в частности, для определения концентрации сахара в производственных растворах и биологических объектах (кровь, моча).

Магнитное вращение

Способность поворачивать плоскость поляризации приобретают даже оптически неактивные вещества, если их поместить в продольное магнитное поле (эффект Фарадея). Схема установки для наблюдения этого эффекта состоит из соленоида с исследуемым вешеством, который помещен между двумя скрещенными поляризаторами Р и Р ^¤. Создание магнитного поля приводит к просветлению поля зрения. Поворотом плоскости пропускания анализатора Р ^¤ добиваются затемнения, и таким образом находят угол поворота плоскости поляризации:

j = V L H, где V, угл.мин/А - постоянная Верде (или магнитная вращательная способность), L, м - длина пути в веществе, Н, А/м - напряженность магнитного поля. Постоянная Верде зависит от рода вещества, его физического состояния и длины волны света.

Направление вращения связано только с направлением магнитного поля Н. От направления луча направление вращения не зависит. Поэтому при отражении луча зеркалом и возвращении его в исходную точку поворот плоскости поляризации удваивается (в отличие от естественного вращения).

Знак вращения условно считают, если смотреть вдоль магнитного поля (вдоль вектора Н). Для подавляющего большинства веществ вращение происходит вправо (т.е. правый винт относительно вектора Н). Такие вещества называют положительными.

Малая инерционность эффекта Фарадея (~10^-9с) позволяет использовать его для модуляции света, для создания оптического затвора и т.п.

Поляризация рассеянного света

Пусть электрическое поле в падающей волне колеблется в каком-то направлении, тогда осцилляторы в веществе будут совершать свои вынужденные колебания в том же направлении. Если теперь мы будем смотреть под прямым углом к падающему лучу, то увидим поляризованный свет, т.е. свет, в котором электрическое поле колеблется только в одном направлении. Вообще говоря, атомы могут осциллировать в любом направлении, лежащем в плоскости, перпендикулярной падающему лучу, но, когда они движутся прямо к нам или от нас, мы их не видим (ускорение зарядов не имеет проекции на направление, перпендикулярное лучу зрения). Таким образом, хотя электрическое поле в падающем луче осциллирует во всевозможных направлениях (в этом случае говорят о неполяризованном свете), свет, рассеивающийся под углом 90⁰, содержит колебания только в одном направлении (рисунок).

Поиск по сайту: