1.12. Поляризация света

К ак известно из теории, электромагнитные волны, в том числе световые, есть волны поперечные. Каждый акт испускания света, длящийся, как указывалось, порядка 10-8 сек., дает излучение приближающееся к монохроматическому, то есть, волну с вполне определенным периодом, амплитудой и вполне конкретными плоскостями, в которых расположены электрические и магнитные колебания. В сдедующем акте излучения эти параметры могут быть другими. В результате излучения света, длящегося достаточно долгий промежуток времени, мы имеем плоскости колебаний, например электрические вектора, расположенные под различными углами друг к другу параллельно линии излучения (рис.1.12.1).

Рис. 1.12.1

Такой свет называется неполяризованным. Если мы сумеем выделить каким-либо образом из неполяризованного света колебания, расположенные в одной плоскости, то получим волну, которую называют плоско поляризованной или просто поляризованной. Плоскостью поляризации называют плоскость, проходящую через линию направления распространения света и перпендикулярную вектору (рис. 1.12.2).

Рис. 1.12.2

В природе существуют вещества, как правило кристаллические, которые пропускают световые волны, вектор электрических колебаний которых имеет одно направление. К таким веществам относятся турмалин, исланский шпат, кварц и некоторые другие.

Рассмотрим пропускание света турмалиновой пластинкой (рис. 1.12.3). Такая турмалиновая пластинка пропускает световые колебания одного направления, то световая волна, прошедшая через первую пластинку, называемую поляризатором, будет поляризованной. Проверку состояния поляризованной волны производят с помощью второй турмалиновой пластинки, называемой анализатором, помещаемой после первой. Если оптические оси турмалиновых пластинок совпадают по направлению, как показано на рис. сверху, то через систему проходит 50% света.

Рис. 1.12.3

При другом расположении пластин, рисунок снизу, когда оси их взаимно перпендикулярны, свет, прошедший через первую пластинку, задерживается полностью второй. Наблюдатель света не увидит.

Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью поворачивать плоскость поляризации. Если между двумя скрещенными пластинками турмалина, поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество, то поле зрение просветлеет. Однако, если повернуть анализатор на некоторый угол , то можно вновь получить темное поле зрения. Следовательно, плоскость поляризации поворачивается данным веществом на угол  .

Отметим некоторые закономерности, которым подчиняется это явление.

1). Угол  поворота плоскости поляризации пропорционален толщине слоя оптически активного вещества:

где a – удельное вращение плоскости поляризации, град/см

d – толщина слоя оптически активного вещества, см.

2). Удельное вращение зависит от длины волны. Следовательно, один и тот же слой оптически активного вещества вращает лучи различных длин волн на разные углы. Поэтому, когда через оптически активное вещество проходит белый свет, то просветленное поле зрения оказывается окрашенным.

3). Среди оптически активных веществ существуют разновидности, одни из которых поворачивают плоскость поляризации по часовой стрелке (правовращающие), другие – против часовой стрелки (левовращающие).

В природе встречаются кристаллы левовращающего и правовращающего кварца (Кристаллическая форма – зеркальное отображение другой). Вращение в кварце весьма значительно. Кварцевая пластинка толщиной в 1 мм поворачивает плоскость поляризации желтых лучей на 27^О, фиолетовых – на 49^О, ультрафиолетовых с длиной волны  = 0.2 мкм – на 236^О.

Есть вещества, которые в растворе поворачивают плоскость поляризации, например, раствор сахара в воде. Здесь угол поворота плоскости поляризации определяется еще и концентрацией C – растворенного вещества, то есть

.