Поляризационные призмы и поляроиды

В основе работы поляризационных при­способлений, служащих для получения по­ляризованного света, лежит явление двой­ного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и полярои­ды.

Призмы делятся на два класса:

1) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные при­змы);

1) Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (напр., обыкновенного) от границы раздела, а другой луч с другим показате­лем преломления проходит через эту гра­ницу. Напр.,призма Николя, называемая частониколем. Призма Николя - двойная призма из исландского шпата, склеенная вдоль линии АВ канадским бальзамом с n= 1,55. Оптическая ось 00' призмы составляет с входной гранью угол 48°.

2) призмы, дающие два поляризован­ных во взаимно перпендикулярных плоско­стях луча (двоякопреломляющие при­змы).

На передней грани призмы естественный луч, параллельный реб­ру СВ, раздваивается на два луча: обык­новенный (n₀ =1,66) и необыкновенный (n_e=1,51). Получаем. При соответствующем подборе угла падения (равного или большего пре­дельного), обыкновенный луч испытывает полное отражение (канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачернен­ной боковой поверхностью СВ. Необыкно­венный луч свободно проходит через слой канадского бальзама (для него канадский бальзам оптически более плотен), выходит из кристалла парал­лельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него (ввиду преломления на наклонных гранях АС и BD). Т.о. призма Николя преобразует естественный свет в линейно поляризованный, плоскость колебаний которого совпадает с главной плоскостью призмы, проходящей через луч и оптическую ось ОО’.

Двоякопреломляющие призмы исполь­зуют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исланд­ского шпата и стекла, призмы, составлен­ные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Для первых призм обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный луч при соответствующем подборе показателя пре­ломления стекла п проходит при­зму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптиче­ских осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами. Все двоякопреломляющие кристаллы поглощают свет, причем коэффициент поглощения зависит от ориентации электрического вектора световой волны, т.е. неодинаков для обыкновенного и необыкновенного лучей и зависит от направления распространения света к кристалле - свойстводихроизма.

Опр.19.6. Дихроизм - различ­ное поглощение света в зависимости от ориентации электрического вектора свето­вой волны. Двоякопреломляющие кристаллы называются дихроичными кристаллами.

Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в кото­ром из-за сильного селективного поглоще­ния обыкновенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только нео­быкновенный луч (обыкновенный луч полностью поглощается). Такое различие в по­глощении, зависящее, кроме того, от дли­ны волны, приводит к тому, что при осве­щении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.

Дихроичные кристаллы приобрели важное значение в связи с изобрете­нием поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлуло­ида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого иод-хинина). Герапатит — двоякопреломляющее ве­щество с очень сильно выраженным дих­роизмом в области видимого света. Уста­новлено, что такая пленка уже при толщи­не мм полностью поглощает обыкно­венные лучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершенным поляризатором. Преимущество полярои­дов перед призмами — возможность изго­товлять их с площадями поверхностей до нескольких квадратных метров. Однако степень поляризации в них сильнее за­висит от , чем в призмах. Кроме того, их меньшая по сравнению с призмами про­зрачность (приблизительно 30 %) в соче­тании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать поляроиды в мощ­ных световых потоках. Поляроиды при­меняются, например, для защиты от ослепляющего действия солнечных лучей и фар встречного автотранспорта.

Разные кристаллы создают различ­ное по значению и направлению двойное лучепреломление, поэтому, пропуская че­рез них поляризованный свет и измеряя его изменение после прохождения кристаллов, можно определить их оптиче­ские характеристики и производить мине­ралогический анализ. Для этой цели ис­пользуются поляризационные микроскопы.