Поляризаторы и анализаторы. закон Малюса

Поляризатор – это устройство, преобразующее естественный свет в плоско поляризованный.

Анализатор – это устройство, служащие для анализа степени поляризации света.

Для получения плоскополяризованного света используют особые устройства, которые получили название поляризаторов. эти устройства свободно пропускают только колебания вектора , параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора (плоскостью пропускания). В основе действия поляризаторов лежит свойство кристаллов разделять луч естественного света на два плоскополяризованных луча.

1. Призма Николя – призма из исландского шпата, разрезанная по диагонали и склеенная канадским бальзамом – смолообразным веществом, добываемым из канадской пихты. При соответствующем подборе угла падение можно добиться полного внутреннего отражения обыкновенного луча от прослойки канадского бальзама. Нанесением черного лака на боковую поверхность николя добиваются полного поглощения этого луча. На выходе из призмы получают один поляризованный луч.

2. Турмалин – двулучепреломляющий кристалл, в котором происходит сильное селективное поглощение обыкновенного луча. При толщине пластины в 1 мм и более из нее выходит только необыкновенный плоскополяризованный луч.

3. Поляроид – целлулоидная пленка, на которую наносятся мелкие кристаллики герапатита (сульфата йодистого хинина), обладающие сильным селективным поглощением. Пленка толщиной 0,1 мм полностью поглощает один из лучей. Недостаток поляроида – относительно слабая прозрачность и зависимость селективного поглощения от длины волны.

Для анализа степени поляризации света служат устройства, называемые анализаторами, ничем конструктивно не отличающиеся от поляризаторов.

Если на пути естественного света интенсивностью поставить поляризатор и анализатор , то интенсивность поляризованного света, прошедшего через анализатор, будет зависеть от взаимного расположения плоскостей пропускания поляризатора и анализатора (рис.6).

Если на анализатор падает плоскополяризованный свет амплитуды и интенсивности так, что угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью пропускания анализатора равен , то сквозь анализатор пройдет составляющая колебания с амплитудой (рис. 7). Т.к. интенсивность волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды, то . Это соотношение было экспериментально установлено французским физиком э.л. Малюсом и носит название закона Малюса:

интенсивность света, прошедшего анализатор, равна произведению интенсивности падающего на анализатор поляризованного света и квадрата косинуса угла между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора.

Практическое использование поляризованного света.

1. Вращение плоскости поляризации. Некоторые вещества, называемые оптически активными, способны поворачивать плоскость поляризации распространяющегося через них плоскополяризованного света. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути светового луча и концентрации раствора оптически активного вещества (водный раствор сахара, винной кислоты). Это используется для определения концентрации оптически активных веществ.

2. Двойное лучепреломление, вызванное напряжением. Многие прозрачные изотропные вещества становятся двоякопреломляющими в результате упругих деформаций. Если такое вещество поместить между скрещенными поляризаторами, то в тех местах, где под действием деформации меняется показатель преломления, будут видны просветления. Описанный эффект используется для исследования распределения напряжений в сложных и громоздких узлах и конструкциях.

На пути лучей между скрещенными поляризаторами помещают выполненную в масштабе модель конструкции (из синтетических материалов, например, феноловых смол). На экране в соответствующих местах появляются светлые пятна, интенсивность и окраска которых отражает степень деформации отдельного участка образца. Исследуется распределение в нем напряжений под действием реальных нагрузок, и полученный результат пересчитывается на проектируемую конструкцию.

3. Эффект Керра – оптическая анизотропия жидкого диэлектрика (нитробензола) под действием внешнего эл. поля.

Ячейка Керра используется в качестве практически безинерционного затвора для световых лучей при сверхскоростных съемках

(время ~10^-10 с). Анализатор, скрещенный с поляризатором, пропускает свет только при включении внешнего поля.