Поляризація при подвійному променезаломленні. Обертання площини поляризації. Ефект Фарадея

При проходженні світла крізь прозорі кристали спостерігається явище подвійного променезаломлення: в середині кристалу промінь розділяється на два промені, які розповсюджуються з різними швидкостями та в різних напрямках. Один з них підкоряється закону заломлення світла і називається звичайним (о). Для другого відношення синусів кутів падіння та заломлення не залишається незмінним, а залежить від кута падіння. Такий промінь називають незвичайним (е). Крім того незвичайний промінь не лежить в одній площині з нормаллю та падаючим променем. Однак в кристалі е напрям, в якому звичайний та незвичайний промені не розділяються і рухаються з однією швидкістю. Цей напрям називають оптичною віссю кристалу.

 Дослідження показали, що звичайний та незвичайний промені при подвійному променезаломленні повністю поляризовані у взаємно перпендикулярних напрямках. Площина коливань звичайного променя перпендикулярна оптичній осі кристалу. В незвичайному промені коливання світлового вектора відбуваються в площині, що співпадає з головним перерізом. Після виходу з кристалу поняття звичайного та незвичайного променів втрачають сенс.

Деякі речовини здатні викликати обертання площини поляризації світла, що проходить крізь них. Такі речовини називають оптично активними. До них відносяться кристалічні тіла (кварц), чисті рідини (скипидар, нікотин) та розчини (водні розчини цукру, винної кислоти). Кут повороту площини поляризації пропорційний шляху l, пройденому променем в речовині, а також концентрації с розчину:  . Постійна обертання α залежить від речовини та довжини світлової хвилі.

Якщо між двома схрещеними поляризаторами помістити оптично активну речовину, по поле зору просвітлюється. Щоб знову отримати темноту, слід повернути один з поляризаторів на кут φ. За кутом можна визначити концентрацію розчину (цукрометр).

Під дією магнітного поля оптично неактивні середовища набувають здатності обертати площину поляризації. Це явище називається ефектом Фарадея. Воно спостерігається тільки при розповсюдженні світла вздовж силових ліній магнітного поля. Кут повороту площини поляризації пропорційний напруженості магнітного поля Н та пройденому шляху l,

Коефіцієнт V називається сталою Верде або питомим магнітним обертанням. Він залежить від довжини хвилі.

    Оптично активні речовини в магнітному полі набувають додаткової здатності до обертання площини поляризації.

Контрольні питання

1. Які джерела світла називають когерентним? Наведіть приклади.

2. Дайте визначення явищу інтерференції, вкажіть умови мінімуму та максимуму при інтерференції.

3. Що називають оптичною різницею ходу світлових хвил? Як вона пов’язана з геометричною різницею ходу?

4. Виведіть формулу для максимуму при інтерференції в тонких плівках.

5. Виведіть формулу для максимуму при інтерференції в кільцях Ньютона.

6. Дайте визначення явищу дифракції. Назвіть та охарактеризуйте відомі вам прояви дифракції.

7. Що уявляє собою дифракційна гратка?  Чи можна вважати такою граткою кристал? Якщо можна, то в яких випадках?

8. Запишіть формулу Вульфа – Брегга. Для чого вона використовується?

9. Що таке поляризоване світло? Сформулюйте закони Малюса та Брюстера.

10. В яких випадках спостерігаються звичайні та незвичайні промені? Яка їх особливість?

11. Які речовини називають оптично активним? Чому? Де вони використовуються?

Література

1. И.В. Савельев, Курс физики, т.2, "Наука", М., 1989, §119-141.

2. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик, Загальний курс фізики,т.2, „Техніка”, К, 2006, §3.1 -5.9.