> Энциклопедический словарь Гранат, страница 365 > Поляризация света
Поляризация света
Поляризация света. Лучи света, идущие от солпца и звезд или от наших зомных источников, т. н. лучи „естественного света“, вполне симметричны относительно направления, по которому распространяется свет; так, если мы будем смотреть па источник света сквозь любую кристаллическую или аморфную прозрачную пластинку, вращая ее вокругълучазрепия,как вокруг оси, то мы не заметим никаких изменений в яркости света. Свет проходит одинаково при всех положениях, что и указывает на полную симметрию вокруг линии распространения. Однако в целом ряде случаев, при отражении, преломлении, при прохождении света через кристаллы, при рассеянии света мелкими частицами, например, пыли,— эта симметрия исчезает. Если, например, пропустить свет чороз пластинку, вырезанную из кристалла турмалина параллельно ого кристаллографической оси АВ, AjB, А2В2 (рисунок 1), то прошодший свет уже не будот симметричен относительно направления луча; он не будет проходить чороз вторую подобную же пластинку турмалина, осли ось этой второй пластинки А2В2 будот перпендикулярна порвой АДь (рнс. 1). Если мы возьмем такие две пфрекрощопные пластинки турмалина и начнем вращать одну из них вокруг луча, то свет появится и будот усиливаться до тех пор, пока оси пластинок по станут параллельно друг другу. Так. обр. для света, прошедшого чороз турмалин, две плоскости приобретают особое значение: плоскость колебаний, проходящая через луч S и направление оси АВ, и ой порпопдикулярпая—плоскость поля-
J33
рияации самый жо луч света носит название плоско-поляризованного. О других способах получопия поляризованного света, а также о других видах П. круговой и эллиптической смотрите ниже.
1) II. с. при отражении и преломлении. При отражении от поверхности воды, стекла или вообще от но-моталличо-сисих поверхностей свет становится отчасти плоско-поляризованным. При
Гке. 1.
Явление II. указывает, что вэлныере-о про деленном угле падения получаетсята должны быть поперечны; в волненаибольшая П., а для тел с показате-
П родолыюй.гдечастицы двигаются взад и вперед по линии распространения волн — по „лучу“, все плоскости, содержащия в себе луч, для данного двн -жеиия ничем но будут отличаться друг от друга, и пользя себе представить случая, при котором эта симметрия могла бы нарушиться. Для поперечных же волна» па натянутой веревке или струне мы из безчисленного числа плоскостей, проходнщпх’ь через направление, по которому распространяются волны, можом сразу отметить одну, в которой происходят колебания, и ей перпендикулярную, параллельно которой никакого движения но происходит, — следовательно, в этом случае мы имеем определенную асснмф-трию, которой вполне достаточно для объяснения указанных вытпо опытов с турмалином. Так как в „естественномъ0, нополяризоваипом свете ассиметрии но паблюдаотся, то в ном, следовательно, направление плоскости, в которой происходить колобания, непрерывно меняется, вращаясь вокругь луча. Пластинка турмалина пропускает только те колебания или их слагающия, которые расположены в плоскости, параллельной оси кристалла. Та к. обр. пластинка турмалина „отбираотъ“, или отфильтровывает колебания света определенного направления. На рисунке 2 изображена модель, объясняющая действие турмалиновых пластинок.
лем преломлония, близкимч, к l,4G, — полпан. -Этот угол ь, как показал Брю-
стср, определяется равенством tgi п; т. о. тангонс угла падения (смотрите рисунок 3)
равен показателю преломления. Так как по основному закону преломления
(смотрите дисперсия,свет)=п, то tgi=птолько когда sin r=cos и или и+г=90,т. о. когда отраженный луч перпендикулярен преломленному. Отраженный луч поляризован в плоскости падония ЛОВ (рисунок 4), т. о. колебания в нем расположены вт. плоскости, перпендикулярной к ЛОВ. Проломленный луч поля-ризовапъпорпендикулярно плоскости падония, колебания расположены в самой плоскости АОС; но так как дажо при угле падения, удовлетворяющем закону Брюстера, часть света, поляризованного в плоскости падения, проходит и в проломленный луч, то проломленный луч поляризован только отчасти. Поэтому, чтобы получить в сильной степени поляризованный луч при проло-млении, борут стопу пластинок, в которой, следовательно, происходит многократное проломлонио. Определить плоскость П. молено с помощью турмалиновых пластинок (рисунок 4) или с по
мощью зеркала, стопы стеклянных пластинок или, наконец, любого прибора, поляризующого свет. Зависимость интенсивности отразкешиого и преломленного света от показателя прело-млопия и угла падения, а таюке направление плоскости П. и относительное количество поляризованного света при различных углах падения молсфт быть вычислено вперед по теории Фроноля (смотрите спет), но наиболее строго и последовательно из электро-магиитной теории света (смотрите). 2) //. с. в кристаллах. При прохозкдопии света через любой кристалл, за исключением правильной снстомы, наблюдается явление двойного преломления, т. о. узкий пучок света в кристалле разбивается на два. Если смотреть, например, на ярко-освещон-пое отверстие в каком-нибудь непрозрачном экране через кристалл исландского шпата, то изображение двоится, причем при вращении одпо нзобразко-ние вращается вокруг другого. Если поместить мезкду глазом и кристаллом шпата турмалиновую пластинку, то, поворачивая последнюю, нетрудно убедиться, что оба луча, прошедшие через кристалл, поляризованы и притом в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. На рисунке б нзобразкфн ход лу-чой в кристалле (ромбоэдре) исландского шпата; луч SJ падает нормально (перпендикулярно грани ABCD). На-правлонио диагопали АА.софдшшющ. вершины двух трехгран. углов Л и А, кот. образованы равными тупыми плоскими углами, носит назваиио оси кристалла; плоскость CJAAC, проходящая через ось и перпендикулярная грани ABCD, носит назваиио главного сечения для грани ABCD. Из рисунок б видно, что оба луча лежат в главном сечении, причем луч-ТОО—луч „обыкновенный“— не отклоняется и поляризован в главном сечении, т. е. колебания в нем рас-полозкены в плоскости, перпендикулярной и к плоскости АССА. Луч JEE— луч „необыкновенный“ — отклоняется от первоначального направления, оставаясь в плоскости главного сечения; выйдя из кристалла, он идет параллельно обыкновенному — колебания в зтом луче перпендикулярны колебаниям в обыкновенном. Двойное преломление наблюдается во всех кристаллах (в турмалине мы наблюдаем только один луч, потому что другой сильно поглощается), за исключением, как узко было сказано, кристаллов
Правильпой системы; причем в оптически одноосных кристаллах опо значительно проще, чем в так паз.двуос-иых, где наблюдается также „коническая рефракция“, т. е. узкий пучок светаванпый луч. 3) II света при его рассеянии мелкими частицами. Свет, рассеянный мелкими частицами, взвешенными в какой-либо прозрачной среде, например, свет от облаков табачного ды-
Рисунок 5.
в кристалле, при вполне определенном для данного кристалла направлении, может развернуться в коническую поверхность, другими словами, светящаяся точка при рассматривании сквозь кристалл поэтому направлению представляется колечком. Весьма любопытно, что явлопио коничоской рефракции было предсказано теоретиком Гамильтоном и безспорно продставляот собой одно из самых знаменательных предсказаний современной науки. Для получения плоско - поляризованного света часто пользуются „поляризующими“ призмами, сделанными из кристаллов. Наибольшим распространением пользуются т. н. Николфвы призмы, или, короче, „николи“. Большой кристалл исландского шпата (рис.6) распиливается по UV и склеивается канадским бальзамом. Показатель преломления для необыкновенного луча в исландском шпате и канадском бальзаме почти один и тот же, так что необыкновенный луч JE проходил, но отклоняясь, через слой бальзама; для обыкновенного луча показатель преломления в шпате больше, чем в канадском бальзаме, а угол падопия, благодаря выбранному наклону сечения UV, оказывается больше продельнаго: па границе UV происходит полное внутреннее отражение, и обыкновенный луч попадает в сторону па тщательно вычерненную оправу, где он и поглощается. Так. обр., „ннколь“ дает один плоско-поляризома в воздухе, или свет от тончайшей пыли в атмосфере, обусловливающей синеву неба, оказывается поляризованным; явление это теоретически исследовано лордом Рэлеем.
Изследование кристаллов в поляризованном свете. 1) ГИололснм, что па кристаллическую пластинку падает плоско-поляризованный свет, причем
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.
1 и 2—одноосная пластинка: 1—при скрещенных поляризаторе и анализаторе, 2—при параллельных (в сходящихся лучах). 3 и 4—двуосная пластинка (в сходящихся лучах).
Плоскость РР (рисунок 7), в которой происходят фго колебания, но совпадает с направлением, по которому могут происходить колебания в кристалле СО и DD. Разлагаем колебание рр на
Р
Р
Рисунок 7.
две взаимно перпендикулярные слагающия С|С2 и cijdj, которые распространяются в кристалле с различными скоростями. Если толщина пластинки такова, что один из лучей запоздает на чотворть колебания, то складывая эти два колобаиия, происходящия по двум взаимпо-перпондикулярным направлениям, с неравными амплитудами с1с2 и djda, мы получим двизкение по эллипсу. В самом деле, пусть запаз-дываот колебание по СС, тогда в тот момент, когда в колебательном движении по DD мы заметим наибольшее отклонений Odj, во втором движении, запаздывающем на В4 периода, отклонение будет равно нулю,—в результате сложения двух движений получим Odx; через четверть периода во втором движении отклонение будет наибольшее — ОсХи а у порвого будот нуль,—в сумме будет отклонение OC1 и. так далее (смотрите колебательное движение). Итак, ослии пластинка подобрана так, что один из лучой опаздывает на четверть колебания или, как говорят, если пластинка взята в .чотворть волны“, то плос-1
ко-поляризованпый луч превращается в эллиптически-поляризовапный. Если угол а=4б°, то амплитуды СиСо и did2 будут равны друг другу, и луч получается поляризованный по кругу. Эллиптическая и круговая П. получаются в некоторых случаях при отразкфнии плоско-поляризованного света. 2) Если молсду двумя порекрфщенными Николями, через которые свет но проходит, поместить кристаллическую пластинку, то появляется свет; если тело изотропное, как, например, пластинка стекла, то свет по проходит, если однако мы начнем изгибать пластинку, почему она, вследствие связанных с изгибанием сзкатий и растязкеиий, поростанот быть изотропной (обладать одинаковыми свойствами по всем направлениям)—свет появляется. Так.обр. два перекрещенных поляризующих прибора являются лучшим средством для определения, изотропно ли данное прозрачное тело или нет. Вообще говоря, при подобном появлении света поло зрения бывает окра-шоио. Причину этой окраски нетрудно выяснить.Когда плоско-поляризованный свет с колебаниями, направленными по РР, попадает в кристаллическую пластинку, он разбивается, как мы узко видели (1), на два с колебаниями C1Cu и djdj (рисунок 8), так как за кристал
лической пластинкой стоит второй николь, то из этих колобаний могут пройти только их слагающия, параллельные АА—с3с3 и d3d3 (АА — направление колебаний в анализаторе—николе). Обе слагающия с,с3 и dpi., шли в кристалле с различными скоростями, и, следовательно, одна из них запоздала сравнительно с другой. Величина запоздания зависит от толщины пластинки, атак-лсо и от длины волны, так как показатели преломления для этих двух лу-чой зависят от цвета (т. е. длины волны). Если для данного цвета к анализатору одиовромопно подойдет гребень волны от одного луча и долина от другого, то данный цвет будет погашен, и поло будет окрашено в цвет, дополнительный данному, иапр., осли погашен синий, поло будет желтое и так далее Если плоскость СС или DD совпадает с АА и РР, то свет не проходит; если оба ншсоля параллельны, т. е. РР совпадает с АА, то при совмещении с этой плоскостью СС или DD получается белый свет. Если пластинка помещфпа в сходящихся лучах, то получается комбинация всех перечисленных случаев; лучи проходят под разными углами, почему пройденная светом толща кристалла разная; кроме того, падающие лучи в различных местах будут различно ориентированы относительно сечений кристалла, в которых могут происходить колебания. На раскрашенной табл, изображена картина, наблюдаемая при рассматривании одноосной и двуосной пластинки в сходящихся лучах. При исследовании направления колебания мы принимали, что колебания, прошедшия через турмалиновую пластинку, расположены в плоскости, проходящей чороз луч и ось кристалла, как предполагал Френель, но все изложенные выше явления одинаково хорошо объясняются, феош предпололсить вместе с Нейманом, что колебания лелсат в плоскости, перпендикулярной к АВ рисунок 1, т. о. в плоскости П. Спор ме-лсду сторонниками Френеля и Ноймана был окончательно решен в пользу Френеля опытами Винера. Вннор пускал на полированное соробряноо зеркало плоские волны, поляризованные в плоскости падения и в плоскости ей перпендикулярной; в первом случае (рисунок 9) колебания порпондикуляриы к плоскости чертежа, и в падающих ВиАВ и в отраженныхъА2Со,А3С3
волнах; в точках пересечения (1), (2), (3), (4) колебания складываются (направление колебаний и в той и другой системе волн одинаково)—ииторфориру-ют (смотрите свет), усиливая друг друга, если в точке пересечения обе волны имеют гребепь или долину, и ослабляя, если в падающей волне гребень
встречается с долиной отраженной или наоборот. Помещая над зеркалом тонкий слой светочувствительной эмульсии, Винор получил ряд полос томных и светлых, т. е. получилась картина нптфрффрфнции света. Во втором случае, т. о. когда колебания лежат в плоскости падения, колебания в падающей и отраженной волне 1,2,3, 4 (рисунок 10) по совпадают по направлению—интерференции быть пе молсет, и, как показал Винер, фотографическая пластинка чернеет вся равномерно.
Вращательная поляризация, вращонио плоскости поляризации см. вращательная способность. Приемы исследования вращательной способности см. сахариметрия. Магнитное вращонио плоскости поляризации см. свет.
Литература; А. Столптов, „Вво-доние в акустику и оптику“; О.Д.Хволь-сон, „Курс физики“, т. II; Wood, „Physical Optics“; Эдвин Эдсср, „Оптика“ (кннгоиздат. „Естествоиспытатель“, 1914).
А. Тимирязев.