СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

Перейдем к рассмотрению способов получения поляризованного света. Свет, испускаемый различными источниками, в частности раскаленными твердыми телами или светящимися газами,

обычно естественный. Это объясняется тем, что элементарные источники света — атомы и молекулы — движутся беспорядочно и испускаемые ими световые волны имеют всевозможные направления колебаний вектора Поэтому необходимо найти способы выделения поляризованного света из естественного. Перечислим важнейшие из них.

1. Поляризация при отражении и преломлении. Если естественный свет (рис; IV.33, а) падает на отражающую поверхность диэлектрика (стекла, слюды и т. п.) под углом а, удовлетворяющим условию Брюстера:

то отраженная волна оказывается плоскополяризованной показатель преломления).

Рис. IV.33

При Соблюдении условия (1.27) отраженный луч оказывается перпендикулярным преломленному лучу . У отраженной волны вектор перпендикулярен плоскости падения, поэтому в преломленной (прошедшей во вторую среду) волне энергия колебаний в плоскости падения будет больше, чем в перпендикулярной плоскости, и волна частично поляризована.

Недостатком поляризации при отражении является малая доля отражаемого от диэлектриков излучения (например, от стеклянной пластинки отражается 3—5% падающего света). Поэтому пользуются многократным отражением волны от «стопы пластин» (рис. IV.33, б); отраженные лучи уносят колебания, перпендикулярные плоскости падения, и проходящий луч, постепенно «очищаясь» от этих колебаний, становится почти плоскополяризованным (с вектором лежащим в плоскости падения).

2. Поляризация при двойном лучепреломлении в кристаллах; призма Николя. При преломлении света на границе оптически анизотропных сред, например кристаллов, естественный луч расщепляется на два луча (обыкновенный и необыкновенный), поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. IV.34, а).

Обыкновенный и необыкновенный лучи имеют в кристалле различные скорости распространения, следовательно, различные показатели преломления этим объясняется двойное лучепреломление в точке падения волны на грань призмы: при одном и том же угле падения имеются два угла преломления: . Однако поляризованные лучи выходят из кристалла под очень малым углом друг к другу, что затрудняет их раздельное использование. Чтобы «развести» эти лучи, пользуются различными «поляризующими призмами». Наиболее распространенной является призма Николя; из кристалла исландского шпата вырезаются две призмы (рис. IV.34, б), которые склеиваются канадским бальзамом. Показатель преломления этого клея лежит между показателями преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей (значение не зависит от угла между лучом и оптической осью кристалла; его минимальное значение 1,486).

Рис. IV.34

Углы в призме подобраны так, чтобы обыкновенный луч на поверхности канадского бальзама испытал полное внутреннее отражение. При помощи этой призмы естественная световая волна разделяется на две плоскополяризованные волны, содержащие почти по 50% падающей энергии (потери в призме невелики). Допустим теперь, что на призму падает плоскополяризованная волна. На рис. IV.35 изображена входная грань призмы; луч падает в точку О перпендикулярно плоскости чертежа. Вектор падающей волны следует разложить на две составляющие: . Вектор перпендикулярен оптической оси и соответствующий ей луч — обыкновенный; вектор Ее лежит в главной плоскости и принадлежит необыкновенному лучу. Очевидно, если то и падающий луч является для призмы необыкновенным; он пройдет без двойного лучепреломления. При падающий луч является для призмы обыкновенным и отразится от границы с канадским бальзамом; в этом случае через призму в прямом направлении свет не проходит. Если же а имеет промежуточною значения, то через поляризатор проходит только составляющая Так как энергия электромагнитной волны пропорциональна квадрату электрического вектора, то и поэтому прошедший через поляризатор

необыкновенный луч содержит энергию

где энергия волны, поступающей в поляризатор. Следовательно, если плоскополяризованный свет пропускается через поляризатор, то прошедшая через него энергия пропорциональна квадрату косинуса угла между вектором поступающего излучения и оптической осью поляризатора (закон Малюса).

Для некоторых целей используются поставленные один за другим два николя. Первый николь является поляризатором (выделяет плоско-поляризованный свет из естественного); оптическую ось второго николя располагают под углом а к оптической оси первого николя. Изменяя этот угол от до 90°, можно наблюдать изменение интенсивности света, вышедшего из второго николя («анализатора») по закону (1.28).

Рис. IV.35

3. Поляризация при прохождении света через поглощающие анизотропные вещества; поляроиды. Некоторые кристаллические вещества (турмалин, герапатит, т. е. сернокислый иод-хинин, и др.) обладают различным поглощением для лучей с различными ориентациями вектора относительно осей этих кристаллов. Например, турмалиновая пластинка толщиной около или чешуйка герапатита толщиной около почти полностью поглощают обыкновенные лучи (у которых, как указывалось выше, вектор перпендикулярен оптической оси); необыкновенные же лучи частично поглощаются, частично выходят из пластинки. Если на такую пластинку падает естественный свет, то из пластинки выходит только необыкновенный плоскополяризованный луч. Так же действуют так называемые поляроиды — целлулоидные пленки, содержащие определенным образом ориентированные мелкие кристаллики герапатита. Следует иметь в виду, что эти вещества обладают селективным (избирательным) поглощением по отношению к различным длинам волн, т. е. коэффициент поглощения их зависит от длины волны. Поэтому если на такие вещества подается не монохроматический, а, например, белый свет, то вышедший из них свет получается окрашенным, причем эта окраска оказывается различной в различных направлениях («дихроизм»).