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);

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

Рис.6. Поляризационная (а) и двоякопреломляющая (б) призмы.

Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является призма Николя, называемая часто николем.

Призма Николя (рис.6, а) представляет собой двойную призму из исландского

шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом с n = 1, 55. Оптическая ось 00`

призмы составляет с входной гранью угол 48°. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СB, раздваивается на два луча: обыкновенный (no = 1, 66) и необыкновенный (ne = 1, 51). 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 CВ. Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него (ввиду преломления на наклонных гранях АС и ВD).

Двоякопреломляющие призмыиспользуют 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 (рис.6, б) обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла n (n≈ ne) проходит призму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и обыкновенным лучами.

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и 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 все выходит только необыкновенный луч. 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 еще более 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 ≈ 0, 1 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 λ, 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 изменение его интенсивности после прохождения кристаллов, можно определить их оптические характеристики и производить минералогический анализ. Для этой цели используют поляризационные микроскопы.

ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ.

Найти зависимость интенсивности прошедшего через анализатор поляризованного света от угла поворота оптической плоскости анализатора.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Лабораторная работа выполняется на установке фирмы PHYWE (рис.8)

Экспериментальная установка состоит оптической скамьи (2), на которой находится источник поляризованного света - лазера (1), анализатора (3) с угловой шкалой от -90 до 90, светочувствительный элемент (4) и измерительный прибор (5). Анализатор П установлен подвижно, его можно вращать; отсчет углов поворота производится на лимбе нониуса, соединенного с осью вращения анализатора.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.Собрать установку, как показано на рисунке 1.

2.Включить установку в сеть.

3.Вращая нониус анализатора, добиться максимального показания измерительного прибора. Заметить деление лимба нониуса, приняв его за начало отсчета.

4.Вращая лимб нониуса от -90 до 90, через каждые 10⁰ записывать показания измерительного прибора в таблицу 1.

6. Измерения проделать 4 раза, вращая лимб нониуса по и против часовой стрелки.

7. Вычислить среднее значение интенсивности. Рассчитать ошибку измерения.

Таблица 1

Таблица 2

8.Используя таблицы 1и 2 построить графики зависимостей: I = f(a), и I = f(cos²a).

9.Закончив исследование, сделать выводы о выполнении закона Малюса и сдать отчет преподавателю.