Свет естественный и поляризованный. Поляроиды

При поляризации света вектор Е напряженности электрической составляющей по­ля называют световым вектором волны, а плоскость его колеба­ний — плоскостью колебаний волны.

Можно считать, что в единич­ном акте излучения электрон в атоме испускает плоско поляризованную световую волну, т. е. волну, в которой колебания све­тового вектора происходят в одной плоскости. Поскольку один акт излучении продолжается в течение 10^-8 с, при этом образуется группа волн. Затем атом излучает новую группу волн, направление и фаза светового вектора которой не связаны спредыдущей группой.

Световая волна, излучаемая телом в целом, образуется в резуль­тате сложении волн, излучаемых множеством атомов с различной и беспорядочно меняющейся, по времени ориентировкой световых век­торов. Cooтветственно меняется и направление светового вектора ре­зультирующей волны. При этом все направления для светового вектора равноценны, волна является естественной, или неполяризованной. Все естественные источники света излучают неполяризованный свет.

Опыт показывает, что линейная поляризация естественного света, особенно частичная, происходит при его отражении, преломлении и рассеянии. Это связано с тем, что вторичные волны, излучаемые ато­мами вещества под влиянием падающей волны, подобно микро-вибратору, излучают свет по различным направлениям неравномерно. Поэтому при образовании отраженной или преломлен­ной (и особенно рассеянной) волны амплитуды колебаний в ней в опре­деленных направлениях имеют наибольшую, а в других значительно меньшую величину. Таким образом, поляризованный свет — явление весьма распространенное, однако мы этого не замечаем, так как наш глаз не отличает поляризованный свет от естественного. Поэтому все наблюдения, связанные с поляризацией света, производятся с помощью соответствующих приборов.

При устройстве поляризаторов для света обычно используется явление д во йного лучепреломления в кристаллах. Для кристаллов характерна анизотропия, т. е. различие физических свойств, в том числе и оптических, по определенным направлениям в кристалле. Оптическая анизотропия, в частности разница в скорости распространения света, связана с тем, что вынужденные колебания электронов падающей све­товой волной в определенных направлениях возбуждаются легче, чем в других, и тогда скорость распространения результирующей волны кристалла в этих направлениях отличается. Направление, по которому оптические свойства кристалла наиболее отличаются, называют оптической осью кристалла и ориентируют относительно характерных особенностей его геометрической формы. Оптическую ось можно провести через любую точку кристалла. Плоскость, проведенная через падающий луч и оптическую ось, проведенную в точке падения, называется главной плоскостью кристалла.

Рис. 58. Явление двойного лучепреломления.

В связи с оптической анизотропией у определенных кристаллов на­блюдается явление двойного луче-преломления, которое заключается в том, что узкий световой пучок (А Б на рис. 58, а), падающий на поверхность кристалла, разделяется на два пучка {БД и БЕ на рис. 58, а), проходящие сквозь кристалл по несколько различным на­правлениям и по интенсивности каждый равный половине интенсивно­сти падающего пучка. Если сквозь такой кристалл смотреть на предмет, то его контуры будут наблюдаться сдвоенными (рис. 58,6).

С точки зрения принципа Гюйгенса двойное лучепреломление объясняется тем, что в анизотропном кристалле при падении световой волны в каждой точке его поверхности возбуждаются одновременно две элементарные волны (рис. 59.): одна, как обычно, - сферическая, а вторая - эллипсоидальная. В связи с этим в кристалле образуются две
результирующие волны, называемые обыкновенной о и необыкновенной е, имеющие различные фазовые скорости и Рис. 59. двойное лучепреломление.

направления распростра­нения в кристалле (на рис. 59: АВ — фронт падающей плоской волны, MN- оптическая ось, относительно которой ориентирована эллипсоидальная элементарная волна, DC - фронт обыкновенной и FC - необыкновенной волны в кристалле).

Обе волны полностью поляризованы, колебания светового вектора необыкновенной волны происходят в главной плоскости кристалла, а обыкновенной - в перпендикулярной плоскости. Одна из этих волн (чаще необыкновенная) и используется в поляризационных приборах в качестве источника поляризованного света (вторая волна гасится).

В прецизионных приборах для этой цели используется так называемая призма Николя, изготовляемая из кристалла кальцита («ис­ландский шпат»).

Существуют двоякопреломляющие кристаллы, ко­торые обладают свойством дихроизма, т. е. различно­го поглощения света в за­висимости от направления плоскости его колебаний. В этих кристаллах обыкно­венные лучи почти пол­ностью поглощаются и свет, прошедший через кристалл, является полностью поля­ризованным. На этом явлении основано устройство поляризационных фильтров, или поляроидов. Они представляют собой прозрачную пленку, которая содержит кристаллы поляризующего свет дихроичного вещества, например герапатипа (сернокислый йодхинин). В процессе изготовления пленки кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с колебаниями в одной определенной плоскости.

Поиск по сайту: