Файл: Волкова, Е. А. Поляризационные измерения.pdf

зационных измерений. Рассмотрены устройства, служащие для.полу .

смотрены-методы и приборы для измерения параметров элл1п,.ически поляризованного света.

Приведены некоторые сведения о новом направлении в поляриза-t ционных измерениях — изучении кругового дихроизма. Описан дихро-' граф и указана возмоо/сность измерения кругового дихроизма с по-,

занимающихся полжризациоиньта'Пзме'ретартсгггТйкже может быть использована как учебное пособие по курсу физико-химические из­ мерения в ■системе подготовки кадров поверителей Госстандарта

СССР.

Табл. 7, илл. 66, библ. 171

R 20405 085(02)—74

© Издательство стандартов, 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

S , Лл'оящее время аналитические .поляризационные изме­ ни ельные приборы заняли прочное место в научно-исследова- те.ьских лабораториях и на производстве. Для поверки поля- цил.--.фов и сахариметров — наиболее широко применяемых

.физационных измерительных приборов — разработаны образа вые средства. Издан ГОСТ 13363—67 «Поляриметры, сахариметры и поляриметрические 'кварцевые пластинки. Ме­ тоды и средства поверки», .в соответствии ;с которым в инсти­ тутах и лабораториях‘государственного надзора за внедре­ нием и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники (ЛГН) проводится поверка этих приборов. Методы л средства поверки приборов, применяющихся в других обла­ стях поляризационных измерений, находятся в стадии разра­ ботки.

. Отечественная промышленность до .настоящего времени ыпускает главным образом визуальные приборы. Объектив- «ые поляризационные измерительные приборы выпущены не- (Цфшими сериями, но опыт их метрологического обслужива­

ния еще очень незначителен. Вместе с тем потребность в поля­ ризационных измерительных приборах в народном хозяйстве ■.страны велика. В связи с этим разрабатывают новые типы Приборов, главным образом объективные, часть которых уже намечена к серийному изготовлению.

!.. Такое состояние техники поляризационных измерений обу­ словливает необходимость подготовки метрологов для обслузиния поляризационных приборов. Опыт работы по подто­ Sке государственных поверителей выявил настоятельную неодимость издания пособия, в котором было бы учтено, что

|Й^огие метрологи, начинающие работать с поляризационными [г^борами, не имеют достаточной подготовки. Поэтому в на- к.(ГОящую работу включен минимум необходимых сведений из Ип*зической оптики. В отличие от общепринятой трактовки для »оненки действия поляризующих элементов на излучение ис­ пользовано не понятие интенсивности, а понятие потока излу­ чения, что существенно облегчает описание методов измерения ■„Qпомощью объективных приборов.

3

ВВЕДЕНИЕ

Оптикой называют учение о свете и взаимодействии его с веществом [1— 11]. Согласно электромагнитной теории Мак­ свелла, свет представляет собой волновой процесс — меняю­ щиеся во времени и взаимосвязанные электрическое и маг­ нитное поля. Это представление о свете послужило отправным пунктом современной оптики, изучающей главным образом взаимодействие света и вещества. Установлено, что свет обла­

дает одновременно корпускулярными и волновыми свойства­ ми: его можно представить в виде потока особых частиц, назы­ ваемых фотонами, и в виде волн.

Электромагнитное поле характеризуется двумя взаимосвя­ занными векторами — вектором напряженности электриче­ ского поля и вектором напряженности магнитного поля. Век­ торы перпендикулярны друг к другу и к направлению рас­ пространения света при прохождении его через изотропные среды (рис. 1). Векторы напряженности электрического и маг­ нитного полей изменяются так, что одновременно проходят через максимум и м и н и м у м .

Исследования показали, что различные явления, возника­ ющие под действием света, например фотоэлектрические, хи­ мические, определяются напряженностью электрического по­ ля. Поэтому почти во всех оптических явлениях наибольший интерес представляют изменения вектора напряженности

5

электрического поля, называемого также световым. В даль­ нейшем, говоря о колебаниях в световой волне, будем иметь в виду колебания электрического вектора.

Если световые волны выходят из источника, создающего

2j-

—фаза; — tp0 — начальная фаза; Т — период; v — скорость

распространения фазы световой волны; х — координата; I — время.

Число периодов в секунду называется частотой колебаний:

_ _1_

—Т '

Расстояние, на которое распространяется фаза колебания за время, равное периоду, называется длиной волны:

k = T v .

Скорость распространения света в пустоте

c-=z 3 •108 м/с.

6

Абсолютный показатель преломления среды *

с

v

(2)

или

( 3 )

Поверхностью волны, или фронтом, называется поверх­ ность, проходящая через точки с одинаковой фазой колебаний.

Рассмотрим случай сложения двух взаимно перпендику­ лярных векторов, изменяющихся по синусоидальному закону. Определим форму кривой, описываемой концом результирую­ щего вектора.

Колебания векторов, происходящие в плоскостях хОг и уОх (рис. 3, а), могут быть представлены в виде

Е х — а г sin (<of -|- tp1),

E v = a2sin (wt 4- cp2),

где a t и а2 — амплитуды; ф! и ф2 — начальные фазы. Разделив левые части уравнений на a-i и а2, получим:

p

—- = sin (at cos tpx 4- cos Ы sin cpx,

Для исключения времени t умножим первое из этих уравне­ ний на — sin ф2, второе на sin ф! и сложим полученные выраже­ ния. Затем умножим первое уравнение на соэфг, а второе на —cos фь Результаты умножения снова сложим и получим:

cos tpx = cos (at sin (срх— <p?).

* См. стр. 19.

7

Возведение в квадрат каждого из этих уравнений и сложение полученных выражений дает

—COS (<р2. '-?а) = sin* (<рх — фа).

а2

Это уравнение эллипса, оси которого не совпадают с осями х и у. При сложении двух взаимно перпендикулярных векторов, совершающих синхронные колебания, конец результирующего вектора описывает эллипс, вследствие чего получается эллип­

= «р.— С5„ = — + 2пк, где п — целое число, эллиптическое дви-

колебание, поляризованное по кругу. При разности фаз, крат­ ной 2л, эллипс превращается в прямую, и в этом случае про­ исходит линейно поляризованное колебание.

Рис. 3. Сложение двух взаимно перпендикулярных синхронно колеблющихся векторов

8

Спектром называется совокупность излучений, распреде­ ленных в порядке возрастания (или убывания) длин волн или частот. Спектр электромагнитных волн очень широк. Если расположить длины волн в порядке их возрастания, то наи­ меньшие длины волн — около 0,001 нм — имеют гамма-лучи, за ними следуют рентгеновские лучи, дальше находится опти­ ческий участок спектра с длинами волн 13—400 нм — ультра­ фиолетовый диапазон, 400—750 н м — видимая область спект­ ра и 0,750—300 мюм — инфракрасная область (тепловые лу­

После прохождения такого света через призму молено увидеть либо непрерывное чередование цветов — сплошной спектр и постепенный переход одного цвета в другой — красного (с длиной волны около 750 нм) в оранжевый, далее в желтый, зеленый, голубой, синий и, наконец, в фиолетовый (с длиной волны порядка 400 нм), либо отдельные светящиеся линии, разделенные темными промежутками, — линейчатый спектр.

С помощью специальных светофильтров или монохромато­ ров из сплошного спектра выделяют отдельные участки, а из линейчатого спектра — отдельные спектральные линии. Так получают монохроматический свет — излучение одной часто­ ты, широко используемый в измерительной технике.

Источники света, состоящие из весьма большого числа из­

лично направленными колебаниями. Акты излучения следуют друг за другом в статистическом беспорядке со случайно рас­ пределенными фазами, и колебания разных направлений рав­ новероятны. Такое излучение называется естественным светом. Световая волна, выходящая из источника излучения в опреде­ ленный момент времени, представляет собой сумму элемен­ тарных волн. Линия, вдоль которой распространяется свето­ вая энергия, называется лучом.

При выполнении исследований оптическими методами не­ обходимо оценивать энергию, переносимую излучением. По­ током излучения называют среднюю 'мощность излучения за время А^, значительно большее периода Т световых колеба­ ний. Рассмотрим точку пространства, в которую приходит мо­ нохроматическая световая волна. Поток излучения, переноси­ мый в рассматриваемую точку за время At в бесконечно тон­ кой трубке, пропорционален среднему значению квадрата светового вектора |А |2 за тот же промежуток времени [12, 13].

9