5. Поляризаторы и анализаторы. Призма Николя, поляроиды. Закон Малюса
Как было указано выше, поляризаторами называют устройства, позволяющие получить поляризованный свет из естественного. В качестве поляризаторов можно использовать стопу пластин из диэлектрика (стекла).
Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются в качестве поляризаторов, так как обыкновенный и необыкновенный лучи слишком мало разведены и даже перекрываются. Однако из этих кристаллов изготавливают специальные поляризационные призмы.
Рассмотрим наиболее распространенную призму, предложенную У. Николем (призма Николя, или просто николь).
Николь представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (смола канадской пихты). Показатель преломления канадского бальзама n = 1,550; это значение лежит между показателями преломления исландского шпата для необыкновенного и обыкновенного лучей. Это позволяет, подобрав определенным образом углы призмы, обеспечить полное отражение обыкновенного луча на границе с канадским бальзамом. Отраженный обыкновенный луч поглощается зачерненной нижней гранью или выводится из кристалла. Необыкновенный луч выходит из николя параллельно нижней грани.
В поляроидах поляризованный луч получают благодаря двойному лучепреломлению и дихроизму (неравномерному поглощению одного из лучей в турмалине или герапатите). Так, в пластинке турмалина толщиной около 1 мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, и вышедший свет является плоскополяризованным.
Из мелких кристалликов герапатита выкладывают значительные площади на целлулоидной пленке. Для их ориентации используют электрическое поле. Такие устройства называют поляроидами.
Основным недостатком поляроидов по сравнению с николем являются их плохие спектральные характеристики. Белый свет после прохождения этих поляризационных устройств становится окрашенным, в то время как николь прозрачен для всей видимой част спектра. Достоинство поляроидов – большая поверхность, позволяющая использовать широкие световые пучки.
Устройство, служащее для получения поляризованного света, называется поляризатором, а для анализа поляризованного света применяют анализатор (второй поляризатор). Интенсивность света при прохождении через систему «поляризатор – анализатор» подчиняется закону Малюса:
IА =IП сos 2 α ,
где: IА – интенсивность поляризованного света, вышедшего из анализатора; IП – интенсивность света, вышедшего из поляризатора (падающего на анализатор); α – угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора.
Как видно из закона Малюса, при повороте анализатора относительно луча падающего поляризованного света, интенсивность вышедшего света изменяется от нуля до I0. Если при повороте анализатора относительно падающего луча как оси вращения интенсивность света, прошедшего через анализатор, не изменяется, то свет может быть естественным (или поляризованным по кругу). Если же интенсивность изменяется от максимума до нуля, то падающий свет – плоскополяризованный.
Вопрос 58. Поляризаторы и анализаторы. З-н Малюса.
Поляризатор (Р)– оптическое ус-во, преобразующее естественный свет в линейно поляризованный. Поляризаторы бесприпятственно пропускают колебания, параллельные пл-ти поляризатора, и полностью или частично задерживают колебания, перпендикулярные к его пл-ти.
Анализатор (А)– поляризатор, используемый для исследования поляризованного света.
З
-н Малюса. Пусть на поляризатор падает естественный свет амплитуды 
и интенсивности 
. Сквозь прибор пройдёт составляющая колебния с амплитудой 
, где φ – угол между пл-тью колебаний падающего света и пл-тью поляризатора.
Зная, что I ~ 
, интенсивность света I, прошедшего через поляризатор: 
.
Вопрос 59. Поляризация света при отражении и преломлении. З-н Брюстера.
Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков (например, на пов-ть стеклянной пластинки) отличен от нуля, отражённый и преломлённый лучи оказываются частично поляризованными. В отражённом луче преобладают колебания, перпендикулярные пл-ти падения (обозначены точками), в преломлённом луче – колебания, параллельные пл-ти падения (изображены двусторонними стрелками).
З-н Брюстера. Примем за θ угол, удовлетворяющий условию:
где θ – угол Брюстера, граница раздела двух сред – стеклянная пластина. При угле падения, равном θ, отражённый луч полностью поляризован (содержит только колебания, перпендикулярные к пл-ти падения [обозначены точками]). Степень поляризации преломлённого луча при таком угле падения достигает наибольшего значения (но остаётся поляризованным частично) , а отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.
В
ывод: 
=> 
Вопрос 60. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Распостранение света в одноосных кристаллах. Поляризационная призма и поляроид. Призма Николя.
При прохождении света через все прозрачные кристаллы наблюдается явление двойного лучепреломления: упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два луча, которые дальше будут распостраняться с разными скоростями и в различных направлениях.
Кристаллы, обладающие таким эффектом, подразделяются на одноосные (кварц, турмалин) и двуосные.
— У одноосных кристаллов один из преломлённых лучей подчиняется з-ну преломления света. Этот луч, лежащий в одной пл-ти с падающим лучом и нормалью к преломляющей пов-ти, наз-ют обыкновенным и обозначают буквой о. Для необыкновенных (е) отношение синусов угла падения и угла преломления не остаётся постоянным.
Оптическая ось – направление у одноосных кристаллов, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распостраняются с одинаковой скоростью.
Главное сечение – любая пл-ть, проходящая через оптическую ось.
Одноосные кристаллы характеризуются:
1) показатель преломления обыкновенного луча: 
, где 
— скорость световой волны обыкновенного луча.
2) показатель преломления необыкновенного луча:
— У двуосных кристаллов оба луча необыкновенные – показатели преломления для них зависят от направления в кристалле.
Обыкновенный и необыкновенный лучи полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Пл-ти колебаний о перпендикулярна к главному сечению кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в пл-ти, совпадающей с главным сечением. По выходе из кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации => названия обыкновенный и необыкновенный имеют смысл только внутри кристалла.
Поляризационная призма и поляроид явл. приспособлениями, преобразующими естественный свет в линейно поляризованный:
А) Преломляясь в кристалле, обладающем св-вом двойного лучепреломления, световой луч разделяется на два луча с взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний. Отклоняя один из лучей в сторону, можно получить линейно поляризованный свет. Так устроены поляризационные призмы.
Б) У некоторых двоякопреломляющихся кристаллов коэф-ты поглощения света для двух взаимно перпендикулярно поляризованных лучей отличаются настолько сильно, что уже при небольшой толщине кристалла один из лучей поглощается почти полностью, и из кристалла выходит линейно поляризованный пучок света. Это явление наз-ся оптическим дихроизмом. Поляризаторы (приспособления, преобразующие естественный свет в линейно-поляризованный), изготовленные из дихроичных пластинок, наз-ся поляроидами. Поляроид не идеальный поляризатор (естественный свет после прохождения через поляризатор оказывается поляризованным частично).
Призма Николя — поляризационное устройство, в основе принципа действия которого лежат эффекты двойного лучепреломления и полного внутреннего отражения.
Принцип действия: Свет с произвольной поляризацией, проходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, расщепляясь на два луча — обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость поляризации (AO) и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации (АE). После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение о плоскость склеивания и выходит через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.
Использование: До появления дешёвых поляроидных плёнок призма Николя использовалась для просмотра стереофотографий, проецируемых на экран.
2) Поляризатор и анализатор. Закон Малюса.
Как получить поляризованный свет? Как известно, одиночный атом излучает поляризованный свет. Но этот свет очень слабый и непригоден для практического использования. Для этого нужен свет, излучаемый многими атомами. Но на практике невозможно в естественном источнике света заставить все атомы излучать свет в одной и той же плоскости поляризации. В данной ситуации существует единственный выход: пропустить свет через такое устройство, при прохождении через которое все плоскости поляризации будут отсечены кроме одной, которая совпадает с плоскостью пропускания данного устройства.
Такое устройство называется поляризатором. Таким образом, если естественный, и следовательно неполяризованный свет пропустить через поляризатор, то он на выходе станет поляризованным (рис.3)
Как известно, глаз не может различить, где поляризован свет, а где нет. Как же на практике отличить поляризованный свет от неполяризованного?
Для этого нужно взять ещё одно такое же устройство и поставить его на пути поляризованного луча света. Если плоскость пропускания совпадает с плоскостью поляризации луча света, то луч пройдёт весь, практически без потерь. Но если плоскость пропускания будет перпендикулярна плоскости поляризации, то луч света вообще не пройдёт. Такое устройство называется анализатором. С помощью анализатора можно узнать, поляризован свет или нет. Нужно только пропустить луч света через анализатор и при этом вращать его вокруг оси, совпадающей с падающим лучом. Если луч поляризован, то его интенсивность будет на выходе изменяться от нуля до максимума в зависимости от угла поворота. Если падающий луч не является поляризованным, то при вращении анализатора интенсивность вышедшего луча изменяться не будет.
Поляризатор и анализатор устроены совершенно одинаково, различаются только функцией и их можно менять местами.
Интенсивность выходящего из анализатора света подчиняется закону Малюса: I = I0 cos 2 рис.4) Здесь I – интенсивность поляризованного света, т.е. света, проходящего между поляризатором и анализатором; I0 — интенсивность света, вышедшего из анализатора; угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора.
Оптическая анизотропия. Двойное лучепреломление.
Как же осуществляется поляризация света? Оказывается, что некоторые монокристаллы обладают оптической анизотропией. Слово «анизотропия» обозначает неодинаковость каких – либо свойств по различным направлениям. Например, анизотропия прочности, означает, что в одном направлении тело разорвать легче, чем в другом; анизотропия теплопроводности выражается в том, что тело в одном направлении тепло проводит лучше, чем в другом. Оптическая анизотропия выражается в том, что скорость распространения света в теле в различных направлениях будет иметь различные значения. Кроме того, свет в различных направлениях будет неодинаково поляризоваться. Оптической анизотропией обладают монокристаллы некоторых веществ: исландский шпат, турмалин, кварц, герапатит и некоторые другие. Рассмотрим исландский шпат, который является наиболее ярким представителем данного класса кристаллов. Если в такой кристалл пустить естественный луч света, то в кристалле он разделится на два луча. Один из них подчиняется законам преломления и называется «обыкновенным» и обозначается буквой о. Другой луч не подчиняется законам преломления и называется «необыкновенным» и обозначается буквой е. Оба луча в кристалле распространяются с различными скоростями и при выходе из кристалла они оба оказываются полностью поляризованными, причём, их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Однако в кристалле существует направление, в котором двойного лучепреломления не происходит, поляризация света тоже не происходит и оба луча, обыкновенный и необыкновенный движутся вместе и с одинаковыми скоростями. Такое направление называется оптической осью кристалла. На рис.5 она изображена пунктиром. Кристаллы бывают одноосные и двухосные. Они также бывают положительными ( vo>ve ) и отрицательные ( vove ) Из истории известно, что в давние времена, когда моряки впервые прибыли на остров Исландия, они там обнаружили кристаллы, при взгляде через которые все предметы казались раздвоенными. Это и было следствием двойного лучепреломления. В дальнейшем кристаллы исландского шпата нашли широчайшее применение в оптике.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад