Поляризационные устройства

При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление, получившее название двойного лучепреломления было наблюдено в 1670 году Эразмом Бартоломином для исландского шпата (СаСО3 - кристаллы гексагональной системы). При двойном лучепреломлении один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным и обозначается “ о ”. Для другого луча, называемого необыкновенным (“е”), этот закон не выполняется. Необыкновенный луч не лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Явление двойного лучепреломления наблюдается для всех прозрачных кристаллов, за исключением принадлежащих к кубической системе. У так называемых одноосных кристаллов (исландский шпат, кварц, турмалин) имеется направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, является главной. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного - лежат в главной плоскости, то есть эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах (анизотропия кристаллов - различие физических, в том числе и оптических свойств, по определенным направлениям): амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний.

Обыкновенная волна имеет сферическую форму, необыкновенная - элипсоидальную.

Величина называется показателем преломления обыкновенного луча, величина - показателем преломления необыкновенного луча.

В зависимости от того, какая их скоростей, u₀ или u_e, больше различают положительные (u_e < u₀, n_e > n₀) и отрицательные (u_e > u₀, то есть n_е < n₀) одноосные кристаллы.

Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются как поляризаторы, так как пучки обыкновенных и необыкновенных лучей слишком мало разведены или даже перекрываются. Однако из этих кристаллов изготавливают специальные поляризационные призмы.

Рассмотрим призму Николя.

Николь представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (n₀ > n_к.б. > n_е, n_{к.б .} = 1,550; n₀ = 1,6584; n_е = 1,4864). Подобрав соответствующим образом углы призмы, можно обеспечить полное внутреннее отражение обыкновенного луча “ о ” на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч в этом случае поглощается зачерненной нижней гранью или выводится из кристалла. Необыкновенный луч “ е ” выходит из николя параллельно нижней грани.

На другом принципе основаны поляризаторы, изготоленные из турмалина, герапатита (сернокислый иод-хинин) и некоторых других кристаллов, которые наряду с двойным лучепреломлением обладают еще свойством поглощать один из лучей значительно сильнее, чем другой - дихроизм. Так, в пластинке турмалина толщиной 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается и вышедший свет плоскополяризован.

Из мелких кристалликов герапатита выкладывают значительные площади на целлулоидной пленке. Для их ориентации используют электрическое поле. Такие устройства, называемые поляроидами, могут работать как поляризаторы (анализаторы).

Вращение плоскости поляризации (оптическая активность).