Соответствующая разности хода разность фаз, накопленная внутри пластинки,

, (5.6)

где – волновое число; – длина волны падающего излучения в вакууме.

Вид поляризации на выходе из кристаллической пластинки определяется общей разностью фаз

. (5.7)

В общем случае возникает эллиптически поляризованный свет. Причем форма и ориентация эллипса зависят от величины угла a и разности фаз (5.6) при одном и том же угле a.

5.3. Дихроизм

Ещё одним проявлением анизотропии является дихроизм или анизотропное поглощение. Дихроизмом называют различное поглощение света в зависимости от его поляризации. Это явление состоит в том, что в некоторых кристаллах световая волна с определенной ориентацией вектора поглощается сильнее, чем волны с другой ориентацией электрического поля. Например, кристалл турмалина толщиной около 1 мм практически полностью поглощает обыкновенную волну и почти не поглощает необыкновенную. Такими же свойствами обладают поляроидные плёнки, у которых сильный дихроизм проявляется уже при толщине порядка 0,1 мм.

Поскольку поглощение зависит также и от длины волны, дихроичные вещества оказываются различно окрашенными при наблюдениях по различным направлениям. Дихроизмом могут обладать как вещества в конденсированных фазах, так и отдельные молекулы. Поглощение света молекулой может быть обусловлено переходами между различными электронными уровнями. Каждый переход моделируется поглощающим осциллятором, имеющим свою резонансную частоту.

Механизм анизотропного поглощения можно пояснить следующим образом. Например, анизотропия структуры турмалина приводит к тому, что электроны имеют возможность двигаться преимущественно в одном направлении относительно кристалла. Если поляризация падающей световой волны совпадает с этим направлением, то световое поле вызывает сильную раскачку электронов и передает им свою энергию, а те, в свою очередь, передают энергию кристаллической решетке. В результате световая волна поглощается. Если же поляризация падающей волны перпендикулярна направлению возможного движения электронов в кристалле, то колебания электронов практически не возбуждаются, либо электроны колеблются с небольшой амплитудой, отдавая свою энергию вторичному излучению, а не решетке кристалла. В этом случае световая волна испытывает лишь незначительное поглощение. Именно поэтому при облучении неполяризованным (естественным) светом на выходе из кристалла образуется линейно поляризованный свет: турмалин пропускает свет лишь той поляризации, которая ортогональна направлению возможного движения электронов в кристалле.

5.4. Вращение плоскости поляризации

Существуют среды, при распространении в которых линейно поляризованного света происходит поворот его плоскости поляризации в отсутствии внешнего магнитного поля. Это явление называют естественным вращением плоскости поляризации или естественной активностью, или гиротропией. Вещества, в которых это происходит, называют гиротропными или естественно оптически активными (киральными). Естественная активность была открыта Араго в 1811 г. для кристаллов кварца. Позднее Био обнаружил поворот плоскости поляризации света в растворах сахара.

Для наблюдения этого эффекта вещество помещают между скрещенными поляризаторами. Проходящий свет можно погасить поворотом одного из поляризаторов. Это значит, что свет остается линейно поляризованным, но его направление поляризации повернуто на некоторый угол относительно первоначального. Угол поворота зависит от длины волны света и пропорционален толщине слоя активного вещества:

, (5.8)

где - толщина слоя вещества, - угол удельного вращения — угол поворота плоскости поляризации слоем оптически активного вещества единичной толщины. При этом угол удельного вращения

где - длина волны света в вакууме(закон Био).

Для растворов угол зависит ещё и от концентрации раствора:

(5.9)

Если между скрещенными поляризатором Р и анализатором А поместить оптически активное вещество (рис.5.7), то поле зрения анализатора просветляется. Поворачивая анализатор можно определить угол , при котором поле зрения вновь становится темным. Этот угол будет углом поворота плоскости поляризации оптически активным веществом.

В зависимости от направления вращения, оптически активные вещества разделяются на право- и левовращающие. В первом случае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, смещается по часовой стрелке, во втором – против.

Рис. 5.7

Оптическая активность обусловливается:

1) строением молекул вещества (их асимметрией);

2) особенностями расположения частиц в кристаллической решетке.

5.5.Эффект Фарадея

Эффект Фарадея - вращение плоскости поляризации в оптически неактивных телах помещенных во внешнее магнитное поле.

При прохождении света через вещество, помещенное в магнитное поле, наблюдается поворот плоскости поляризации линейно-поляризованной волны. Угол поворота плоскости поляризации

(5.10)

где - напряженность внешнего магнитного поля, - толщина образца, - постоянная Вёрде,зависящая от природы вещества и длины волны света.

Рассмотрим качественное объяснение этого эффекта в рамках классического подхода. Линейно-поляризованную волнуможно представить в виде суперпозиции двух волн с левой и правой круговой поляризацией. В отсутствие магнитного поля эти волны распространяются в среде с одинаковой скоростью. В этом случае при вращении векторов и их сумма все время остается на линии (рис.5.8а), так как их суперпозиция дает линейно поляризованную волну, проходящей через линию . Магнитное поле приводит к анизотропии показателей преломления для левой и правой поляризованных волн, т.е. . Пройдя в такой среде путь , волны и приобретают набег фазы, равный , который и определяет положение векторов и в момент времени .

Рис. 5.8. Направление поляризации в точке () и в точке (). Ось направлена перпендикулярно плоскости чертежа.

Как видно из рис. 5.8(б), суммарный вектор повернут относительно первоначальной вертикальной ориентации на угол

, (5.11)

и колебания происходят вдоль направления .

В чем причина анизотропии показателя преломления для левой и правой круговой поляризации? С точки зрения классической физики молекулы и атомы — это системы с круговым движением электронов, создающих магнитный момент с частотой обращения .

Известно, что в магнитном поле электронная орбита прецессирует с частотой << (аналогия гироскопа). При этом возможна прецессия как совпадающая с направлением движения электронов, так и противоположная. Поэтому в спектре атома, помещенного в магнитное поле, появляются две характерные частоты и . Частота соответствует право- , а левополяризованному кругу излучению. Это приводит к отличию показателей преломления и на указанных частотах (дисперсия).

Для наблюдения эффекта Фарадея исследуемое вещество помещается между полюсами электромагнита, расположенного между двумя скрещенными поляризаторами. В сердечнике магнита просверлен канал, через который пропускается пучок линейно-поляризованного света, распространяющийся вдоль направления магнитного поля. При отсутствии магнитного поля (ток в обмотке электромагнита выключен) через второй поляризатор свет не проходит. При включении магнитного поля происходит поворот плоскости поляризации на угол, пропорциональный пройденному светом пути и величине магнитного поля. В результате свет частично проходит через второй поляризатор. Поместив исследуемое вещество между двумя зеркалами, можно существенно увеличить проходимый светом путь (за счет многократных отражений) и, тем самым увеличит угол поворота.

6. ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

Для получения и анализа поляризованного света можно использовать любое физическое явление, чувствительное к поляризации света. К таким явлениям относятся: анизотропное отражение, анизотропное поглощение, анизотропное преломление.

Поиск по сайту: