Способы получения поляризованного света.

1. Призма Николя.

 

Она изготовлена из кристалла исландского шпата. Распил делает­ся по плоскости, соеди­няющей тупые углы и склеивается канадским бальзамом (n=1,66). При паде­нии светового луча на грань призмы,

необыкновенный луч пада­ет на плоскость склейки под меньшим углом, чем предельный угол падения для канадского бальзама, и прохо­дит, практически не изменяя направления. Обыкновенный луч падает под большим углом, испытывает полное внутреннее отражение от плоскости склейки и поглощается зачерненной стенкой призмы. Призма Николя дает полностью поляризованный и неокра­шенный свет, но явля­ется сравнительно дорогим устройством.

2. Для получения поляризованного света исполь­зуют также поляроиды (поляризационные свето­фильтры).

Существуют кристаллы, например турмалин, ко­торые облада­ют свойством дихроизма, т. е. раз­личного поглощения света в за­висимости от ори­ентировки плоскости колебаний световой волны относительно главной плоскости кри­сталла. В таком кристалле обыкновенные лучи почти пол­ностью поглощаются, а необыкно­венные прохо­дят насквозь. Поляроиды представ­ляют собой прозрачную пленку, на кото­рую нанесены кри­сталлы дихроичного вещества, например гера-патита (сернокислого иодхинина). В процессе из­готовления плен­ки, кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с коле­баниями в одной определенной плоскости.

Недостатком поляроидов является то, что они дают не полнос­тью поляризованный и частично окрашенный свет, но сравни­тельно дешевы. Плоская поляризация света, особенно частичная (рис. 1.5.10 б), весьма распространенное явление, однако глаз не отличает поля­ризованный свет от естественного. Поэтому все наблюдения поля­ри­зации света или связанных с ней явлений произ­водятся только с помощью специальных прибо­ров. Если плоскости колебаний поляриза­тора и анализатора совпа­дают, то свет полностью про­ходит через систему. Если плоскости перпен­ди­кулярны — свет полностью не про­ходит. Если плоскости расположены под некоторым углом друг к другу, то свет проходит частично.

Эта зависимость определяется законом Малюса: Сила света, прошедшего через анализатор, пропорциональ­на квадрату косинуса угла ме­жду плоскостями колебаний ана­лизатора и поляризатора.

J = J₀cos² α

Jo - интенсивность света, падающего на анализа­тор

J - интенсивность света, прошедшего через ана­лизатор

α - угол между плоскостями колебаний анализа­тора и поля­ризатора.

Растворы многих органических веществ (сахара, кислоты, ал­калоиды и др.), а также некоторые чистые жидкости обладают свойством вращать плоскость колебаний поляризованного света. Та­кие вещества называют оптически актив­ными. Различают пра­во — и левовращающие вещества. Для растворов оптически активных веществ угол вращения а зависит от длины волны А, поляри­зованного света, от природы ве­щества, темпера­туры (t°), концентрации С и длины столба раство­ра — L.

Если λ = const, то α=[α] С • L

[а] - удельный угол вращения - это стократный угол вра­щения плоскости колебаний для столба раствора длиной 1 дм (10 см) при концентрации вещества 1г на 100 мл раствора, при темпе­ратуре 20° С и длине световой волны Х=589 нм (желтая линия па­ров натрия). Зависимость угла вращения для данного вещества от длины волны определя­ется законом Био: α = а/λ ²

α - постоянная, зависящая от природы вещества.

Поэтому исследования, связанные с вращением плоскости ко­лебаний поляризованного света (ме­тод называется поляриметрией), произво­дятся в монохроматическом свете, который получают с помощью соответствующих свето­фильтров. При использовании белого поляризо­ванного света, анализатор при повороте будет пропускать по­очередно лучи различной длины волны. Пятно на экране будет соответственно менять цвет. Это явление называется враща­тельной дисперсией и используется при изуче­нии структу­ры веще­ства, а метод называется спектрополяримет­рией. Зная угол вращения, можно решить обрат­ную задачу - определить концентрацию вещества в растворе: С=α / ([α] • L). Это использу­ется в клинической практике, санитарии и т. д. риборы для таких исследований называются поляри­метрами. Световой луч проходит через оранже­вый светофильтр "СФ", объектив "Об", кварце­вую пластинку "КП" и поляризатор "П". Из сис­темы поляризатора луч через кювету с исследуе­мым раство­ром проходит через анализатор "А" и окуляр "ОК" зрительной трубы, служащий для наблюдения поля зрения. В виду того, что при установке поля зрения на темноту бывает трудно уловить аб­солютное исчезновение света, поле зрения разделяют на три час­ти и добиваются одинаковой яркости этих частей. Кварцевая плас­тинка закрывает среднюю часть поля зрения. В виду этого, плос­кость световых колебаний в средней части поля зрения составляет небольшой угол с плоскостью световых колебаний в боко­вых уча­стках. Анали­затор поворачивают так, чтобы плоскость, в которой он пропускает свето­вые колебания, составляла одинаковый угол с плоскостями колебания центрального и боковых участков. Тогда по закону Малюса яркость всех трех участков будет одинакова. Такое положение принимается за нулевое.