Физические основы поляризационного метода исследования

Описание

Естественный и поляризованный свет. Для наглядности световые колебания обычно уподобляют колебаниям нити, так как оба вида колебания являются поперечными. Каждая точка нити совершает колебание, перпендикулярное направлению распространения колебаний. Соседние точки в данный момент находятся в разных фазах: если одна точка максимально отклонена от оси, то соседняя точка несколько ближе к оси, какая-то точка — на оси, соседняя с ней —ниже оси и т. д. Вся картина в данный момент представляет собой синусоиду. В следующий момент эта синусоида сместится на определенное расстояние, зависящее от скорости колебания.

Каждая точка нити не сдвигается вдоль направления движения, а только отклоняется в направлении, перпендикулярном оси; скорость колебания данной точки меняется по особому закону — чем дальше от оптической оси, тем скорость меньше. Потом движение на мгновение прекращается, затем меняет направление. Колебание точки легко представить себе, предположив, что мы смотрим на точку вращающейся окружности, повернутой к нам в профиль. Точка вращается равномерно вместе с окружностью, но, так как мы смотрим на нее сбоку, нам кажется, что точка быстро проходит ось, а затем все медленнее поднимается, дойдя до верхнего положения, на мгновение’ останавливается, а затем начинает опускаться. Если на пути колеблющейся нити поставить щель, параллельную направлению колебаний, то она этих колебаний не задержит. Если же щель перпендикулярна направлению колебаний, то колебания погаснут, а за щелью нить будет неподвижная.
[banner_centerrs] {banner_centerrs} [/banner_centerrs]

Очень похожие явления происходят в поляризованном пучке света. Принципиальное различие только в том, что если в нити колебательные движения совершаются самими ее точками, то в световой волне происходят колебания магнитного и электрического полей. Если на пути поляризованных пучков света поставить какое-либо устройство или прибор, которое, так же как щель, пропускает световые колебания только одного направления, то в зависимости от направления колебаний свет будет или полностью пропущен, или погашен. Такое устройство называется поляризатором. Если ось поляризатора параллельна направлению колебаний падающего света, то колебания не будут задержаны, свет пройдет полностью и энергия светового потока не уменьшится. Если же повернуть поляризатор на 90° вокруг луча, то он не пропустит колебаний и погасит свет.

Аналогия с нитью справедлива только для поляризованного света, так как его колебания, как и колебания нити, происходят в одной плоскости. Обычно мы имеем дело не с поляризованным, а с естественным светом. Естественный свет — это совокупность световых волн со всеми возможными направлениями колебаний. Эти колебания могут происходить или одновременно, или быстро и беспорядочно сменяя друг друга. Совокупность эта симметрична относительно луча. Поэтому поток естественного света равноценен во всех направлениях. Если на пути потока естественного света поставить поляризатор, пропускающий световые колебания только одного направления, то, как бы мы ни вращали поляризатор вокруг оси пучка, энергия последнего останется постоянной (но сниженной по сравнению с энергией падающего света). Если же на пути пучка, прошедшего поляризатор и ставшего поляризованным, поставить второй поляризатор, то в зависимости от его поворота энергия пучка света будет различна. На этом принципе основаны распознавание и анализ поляризованного света. Второй поляризатор, устанавливаемый в пучке поляризованного света, называют анализатором.

Оптическая анизотропия. Получение, обнаружение и использование поляризованного света основаны лишь на взаимодействии с веществом, обладающим оптической анизотропией. Оптическая анизотропия, характерная, вообще говоря, для кристаллов, наблюдается и в ряде псевдокристаллических образований — текстур, в том числе в волокнах растений и животных тканей.

Анизотропия может вызываться регулярной ориентацией оптически анизотропных молекул, соединенных в мицеллы или пучки мицелл, причем в случае беспорядочного расположения таких же анизотропных элементов тело в общем может быть изотропным. Вторая возможная причина анизотропии — определенная ориентация оптически изотропных частиц. Теория этого явления, разработанная В. Винером, заключается в следующем.

Если тело состоит из двух составных частей, одна из которых представляет собой параллельно расположенные длинные тела с показателем преломления n1, толщины которых, так же как и расстояние между ними, малы по сравнению с длиной волны света, а вторая часть с показателем преломления п2 заполняет пространство между этими телами, то такое смешанное тело будет вести себя как кристалл. Оптическая ось его совпадает с направлением оси длинных тел. Установить причину оптической анизотропии в каждом отдельном случае невозможно. Это не препятствует, однако, использованию явления в практических целях.

Оптическая анизотропия может проявляться или в двойном лучепреломлении, или в дихроизме. В первом случае естественный свет, пройдя через двоякопреломляющее вещество, разделяется на две части одинаковой интенсивности, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях. Во втором случае, при дихроизме, естественный свет также разделяется на два пучка, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, но один из них проходит почти полностью, другой поглощается веществом. Поэтому дихроизм называют также анизотропией поглощения.

---

Статья из книги: Оптические приборы для исследования глаза | Тамарова Р.М.