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

КРУГОВОЙ ДИХРОИЗМ

При распространении света в твердых и жидких оптически активных веществах два луча с правой и левой круговой по­ ляризацией, на которые разделяется падающий линейно поля­ ризованный луч, могут поглощаться по-разному. Это свойство вещества называется круговым дихроизмом [29—31]. Для по­ глощающих веществ отношение выходящего монохроматиче­ ского потока излучения Ф к входящему Ф0 составляет

Ослабление света при распространении в поглощающих ве­ ществах характеризуется также величиной х, которую назовем показателем экстинкции. Величина х определяется следующим образом:

_ k'X

где X— длина волны света, откуда

Так как поток излучения пропорционален квадрату ампли­ туды, то значение амплитуды а выходящей волны равно

2r.xl

а — а0е 1 ,

где а 0— амплитуда падающей волны.

Пусть в среде, обладающей круговым дихроизмом, распро­ страняются две волны с круговой поляризацией, имеющие ам­ плитуды а' и а". Они представлены на рис. 29 векторами ОМ' и ОМ", расположенными под некоторым углом. Результи­ рующая выходящая волна будет эллиптически поляризована. Большая полуось эллипса равна сумме амплитуд составляю­ щих колебаний: ОА = а' + а", малая полуось равна их разно­ сти: ОВ = а '—а".

Направление перемещения вектора эллиптически поляризо­ ванной волны соответствует направлению перемещения векто­ ра составляющей с большей амплитудой. Угол ф 'между боль­ шой осью эллипса и направлением колебаний падающего на оптически активную среду линейно поляризованного света за-

56

висит от показателей преломления п' и п" и вычисляется по формуле (27).

Обозначим показатели экстинкции света с правой и левой круговой поляризацией через у/ и у/'. Разность между ними со­ ставляет обычно несколько процентов, поэтому эллиптичность выходящих колебаний также очень мала и определяется при­

Таким образом, эллиптичность колебаний света, выходящего из среды, обладающей круговым дихроизмом, прямо пропор­ циональна разности показателей экстинкции и длине проходи­ мого слоя.

МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ

В некоторых веществах, не обладающих оптической актив­ ностью, под действием внешнего магнитного поля наблюдается вращение плоскости поляризации [20]. Это явление открыл Фа­ радей, и оно носит его имя. Явление Фарадея можно наблю­ дать на установке, схема которой приведена на рис. 30.

Образец О служит сердечником постоянного магнита, и свет распространяется вдоль магнитного поля. Когда через катушку идет ток, магнитное поле вызывает поворот от плоско­ сти поляризации проходящего света. Угол поворота измеряют

57

так же, как и в случае естественного вращения. Угол поворота

•ф плоскости поляризации пропорционален длине пути света / в веществе и напряженности магнитного поля Н:

где б — угол между направлением распространения света и направлением магнитного поля; q — коэффициент, зависящий от природы вещества, длины волны и температуры и называе­ мый постоянной Верде. Числовые значения постоянной Верде сравнительно малы. В табл. 1 эти значения приведены для пути света в веществе, равного 1 м.

М

У

■К источнику тока

Рис. 30. Оптическая схема для наблюдения эффекта Фара­ дея

Таблица 1

Постоянная Верде для некоторых веществ [32]

58

Для большинства веществ постоянная Верде имеет поло­ жительное значение. Принято считать, что вещества с положи­ тельной постоянной вращают плоскость поляризации по часо­ вой стрелке при наблюдении вдоль направления магнитного поля. Для веществ с отрицательной постоянной вращение пло­ скости поляризации происходит против часовой стрелки в тех же условиях. Направление вращения плоскости поляризации для каждого вещества связано с направлением магнитного поля. При прохождении светом магнитного поля дважды — один раз в направлении поля и второй раз в противополож­ ном (после отражения от зеркала) — угол поворота удваивает­

с магнитным.

Большой угол поворота плоскости поляризации в магнит­ ном поле возможен в весьма тонких слоях ферромагнитных веществ — железе, никеле, кобальте и др. Для этих материа­ лов не соблюдается пропорциональность вращения напряжен­ ности магнитного поля, указанная в формуле (31), а имеет ме­ сто зависимость вращения от намагниченности материала. Так, например, при магнитном насыщении, длине волны около 600 нм и температуре 20° С постоянные магнитного вращения составляют: для железа 7,5-107 градус/м, для кобальта 6 - 107градус/м и для никеля 1 •107 градус/м. За последние годы синтезированы ферромагнитные кристаллы, прозрачные в ви­ димой и инфракрасной областях спектра. Среди них высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра обладает иттриевый гранат (Y3F50 i2). Он нашел широкое применение при изготовлении магнитооптических модуляторов света [33] (устройств, изменяющих по заданному закону (во времени про­ ходящий через них поток излучения). Для иттриевого граната

59

I

Г л а в а II

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ОПИСАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

ЛИНЕЙНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ

Действие линейных поляризаторов [29, 40, 41] основано на разделении падающего света на две линейно поляризованные составляющие с взаимно перпендикулярными направлениями колебаний. Для разделения света на составляющие исполь­ зуют одно из следующих явлений: двойное лучепреломление, отражение или преломление на границах диэлектриков, дих­ роизм и поляризующие свойства щелей и решеток.

Различают два типа поляризаторов: выделяющий один ли­ нейно поляризованный пучок и выделяющий два пучка, пло­ скости колебаний которых взаимно перпендикулярны. Рассмот­ рим первый тип поляризаторов., В широко применяемых и сравнительно совершенных поляризационных призмах линей­ но поляризованный свет выделяют, используя явление полного внутреннего отражения. Каждая поляризационная призма со­ стоит из двух трехгранных призм из кристаллов. Плоскости этих призм составляют определенные углы с оптической осью кристалла. Призмы склеены веществом с показателем прелом­ ления, величина которого близка к среднему значению показа­ телей преломления для обыкновенного и необыкновенного лу­ чей (рис. 32). При угле падения на склеивающий слой, боль­ шем предельного, обыкновенные (или необыкновенные) лучи претерпевают полное внутреннее отражение и поглощаются боковой стенкой, а необыкновенные (или обыкновенные) про­ ходят. Вторую половину призмы, из которой лучи выходят, делают иногда из стекла.

При расчете поляризационных призм [29, 42] стремятся к получению призмы, которая при падении на нее сходящегося пучка с возможно большей угловой апертурой i' + i" (рис. 33) давала бы однородную поляризацию при наименьшей затрате материала.

Поляризационные призмы чаще всего изготовляют из ис­ ландского шпата (СаС03) — естественного одноосного кри­ сталла, прозрачного в области спектра от 210 до 1800 им [43].

61