§ 149. Поляризаторы. Исследование поляризационного состояния света

Мы говорили на стр. 301, что в качестве поляризаторов могут быть использованы плоские поверхности диэлектрика, установленные под углом к падающему лучу. Луч, отраженный при этих условиях, будет полностью поляризован; преломленный луч максимально поляризуется. Однако использование отражающей пластинки в качестве поляризатора неудобно из-за того, что поляризованный луч идет под углом к падающему. Можно поступить иначе и воспользоваться стопой стеклянных пластинок. За счет многократного преломления поляризация может быть сделана весьма полной. Однако подобный прибор поглотит заметную долю света (рис. 173).

Наиболее совершенным поляризатором является кристалл, в котором благодаря двойному лучепреломлению может быть отделен линейно поляризованный обыкновенный (или необыкновенный) луч. Такие поляризаторы носят собирательное имя николей.

Поляризатор, предложенный французским ученым Николем, состоит из двух прямоугольных призм из исландского шпата (рис. 174).

Рис. 173.

Рис. 174.

Эти призмы склеены канадским бальзамом — веществом, имеющим показатель преломления лежащий между исландского шпата. Попадая в призму, неполяризованный луч света расщепляется на два. Обыкновенный луч отражается на границе между призмами, где для него выполняются условия полного отражения, и выпускается в сторону. Необыкновенный луч проходит сквозь обе призмы. Таким образом, николь действует как щель, пропускающая только определенным образом направленные колебания электрического вектора.

Большое практическое значение имеет использование для поляризаторов явления плеохроизма (многоцветности). Такое название получило явление разного поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей, а также зависимости коэффициента поглощения необыкновенного луча от направления по отношению к оптической

оси. Плеохроичный кристалл дает разную окраску, поглощает по-разному свет, если его поворачивать по отношению к лучу.

Классическим примером плеохроичного кристалла является турмалин. Коэффициент поглощения для обыкновенного луча почти во всем видимом спектре столь велик, что пластинка турмалина толщиной вырезанная параллельно оптической оси, практически пропускает один лишь необыкновенный луч и, следовательно, может служить поляризатором. Однако желто-зеленая окраска проходящего света препятствует практическому применению турмалина в качестве поляризатора.

Широкое употребление имеют искусственные плеохроичные пленки, известные под названием поляроидов. Для их изготовления применяется сильно плеохроичное вещество — герапатит (кислый сульфат трииодид хинина). Йоляроид представляет собой прозрачную пленку из пластмассы, содержащую ориентированные в одном направлении субмикроскопические игольчатые кристаллики герапатита. Для ориентации кристалликов вязкая масса, содержащая кристаллы, возвратно-поступательным движением растирается между двумя стеклами. Разумеется, герапатит не единственное вещество, пригодное для изготовления поляроидов.

Для плеохроичных свойств весьма существенны атомы иода, входящие в состав герапатита. Можно изготовлять и чисто йодные поляроиды, пропитывая иодом растянутые пленки поливинилового спирта.

Исследование поляризационного состояния света производится с помощью двух николей или других поляризационных приборов и «пластинки в четверть волны». В качестве последней можно взять листочек слюды толщиной Рассмотрим прохождение света через два николя. Чтобы их различать, называют первый по пути луча николь поляризатором, а второй — анализатором (рис. 175).

Рис. 175.

Если на поляризатор падает естественный свет с интенсивностью то из николя выйдет линейно поляризованный свет с интенсивностью Вращение поляризатора около его оси, разумеется, ничего не меняет в интенсивности прошедшего луча. Николь выпустил линейно поляризованный луч. В этом можно убедиться, используя анализатор. Если оба николя установлены параллельно друг другу своими «щелями», то свет, не изменив интенсивности (мы здесь не учитываем поглощения в веществе поляризационного прибора), пройдет и через анализатор. При скрещенных николях (так

называется положение, при котором «щели» приборов образуют угол 90°) свет не проходит (рис. 175). Интенсивность света при угле а между «щелями» будет равна Действительно, электрический вектор волны, приходящей к анализатору, можно разложить на две составляющие: вдоль и поперек «щели». Проходит составляющая амплитуды а (рис. 176), значит, интенсивность будет пропорциональна

Рис. 176.

Если свет был частично или полностью поляризован, то это будет обнаружено уже первым николем.

При помощи двух николей нельзя отличить свет, поляризованный по кругу, от естественного, а эллиптическую поляризацию — от частичной поляризации естественного света. Чтобы это сделать, можно воспользоваться пластинкой в волны. Если расположить ее перед поляризатором, то это никак не скажется на естественно поляризованном свете, но превратит свет, поляризованный по кругу, в линейно поляризованный. Аналогичным образом пластинка в волны изменит свойства эллиптически поляризованного света.