Поляризационные приспособления: Призма Николя, дихроичные пластинки, поляроиды

Для изготовления поляризаторов и анализаторов на практике применяют

двоякопреломляющие кристаллы. Из монокристаллов исландского шпата

изготовляют так называемые призмы Николя (или просто — н ик о л и).

Николь представляет собой двойную призму, склеенную в промежутке канадским бальзамом. Призмы выкалываются из кристалла под такими углами, чтобы необыкновенный луч, падающий на переднюю грань, проходил насквозь, практически не преломляясь (рис. 12.9). Обыкновенный луч при этом преломляется и падает на прослойку канадского бальзама.

Рис.12.9

Канадский бальзам — вещество, прозрачное для видимого света, с показателем преломления . Показатель преломления канадского бальзама имеет промежуточное значение между показателями преломления обыкновенного (n_o=1,658) и необыкновенного лучей (n_e=1,486) лучей, идущих в призме по направлениям, указанных на рисунке. При выбранной геометрии призмы Николя и подходящем угле падения обыкновенный луч испытывает в слое бальзама полное внутреннее отражение, а необыкновенный луч проходит через призму. Призма Николя служит превосходным поляризатором (вышедший луч полностью поляризован), но большие высококачественные кристаллы исландского шпата являются редкостью и изготовление такого прибора достаточно большого сечения очень дорого. Кроме того, канадский бальзам поглощает ультрафиолетовое излучение, и в качестве поляризаторов в ультрафиолете обычно используют призмы Волластона, также изготовленные из исландского шпата, но без склейки канадским бальзамом. Направления оптических осей в двух кусках шпата, из которых состоит, взаимно перпендикулярны.

2. Дихроичные пластинки, анизотропное поглощение.

При прохождении некоторых двояко преломляющих кристаллов (простейший кристалл- турмалин) один из лучей (чаще обыкновенный) поглощается кристаллом сильней, чем другой. Поэтому проходя такой кристалл, оба луча поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, выходят из кристалла с существенно различной интенсивностью, и поэтому прошедший через кристалл свет оказывается частично поляризованным (при толщине кристалла турмалина равной 1мм обыкновенный луч поглощается практически полностью. Это явление носит название дихроизма или анизотропного поглощения. Механизм анизотропного поглощения можно объяснить следующим образом. Анизотропия структуры турмалина приводит к тому, что электроны имеют возможность двигаться преимущественно в одном направлении относительно кристалла. Если поляризация падающей световой волны совпадает с этим направлением, то электрическое поле световой волны вызывает сильную раскачку электронов, передавая им свою энергию, а электроны в свою очередь передают энергию кристаллической решетке. В результате световая волна поглощается. Если же поляризация падающей волны перпендикулярна направлению возможного движения электронов в кристалле, то колебания электронов практически не возбуждаются либо электроны колеблются с небольшой амплитудой, отдавая свою энергию вторичному излучению, а не решетке кристалла. В этом случае световая волна испытывает лишь незначительное поглощение. Из сказанного ясно, почему при облучении кристалла турмалина, на выходе из него образуется линейно поляризованный свет: турмалин пропускает свет лишь той поляризации, которая перпендикулярна направлению возможного движения электронов в кристалле.

3. Поляроиды. Пленочные дихроичные поляроиды изобретены в 20х годах 20столетия. Очень дешевые устройства дали широкую дорогу к практическому применению поляризации. Поляроиды представляют собой искусственно приготовленные коллоидные пленки. Наиболее распространенным материалом для приготовления поляроидов является герапатит, представляющей собой соединения йода с хинином. Этот материал вводят в целлулоидную или желатиновую пленку. В ней ультрамикроскопические кристаллики герапатита каким либо способом (обычно механически, например, протаскиванием вязкой массы через узкую щель) ориентируются своими оптическими осями в одном и том же направлении. Полученная масса, подобно турмалину, действует как один кристалл и поглощает световые колебания, электрический вектор которых перпендикулярен оптической оси. Часто применяют полимер, называемый поливиниловым спиртом. Подбор активаторов определяется дихроизмом молекул и его спектральной областью, а также способностью молекул к ориентации. Хорошей пропускаемостью и высоким поляризующим действием в области 500-700нм обладают поляроиды, изготовленные из растянутой пленки поливинилового спирта, прокрашенной йодом. В пленке образуются длинные цепочки полимерных дихроичных молекул комплексного соединения поливиниловый спирт-йод.