Виявлення та аналіз еліптично та циркулярно поляризованого світла

1. За допомогою третього поляроїда або аналізатора

напрям|направлення| осі поляроїда (рис. 4.24).

Аналіз за допомогою третього поляризатора не дозволяє відрізнити еліптично-поляризоване світло від частково поляризованого, і циркулярно-поляризоване від природного.

.

2. Застосування|вживання| пластинки|платівка| в для компенсації різниці фаз

У еліптично-поляризованому промені між компонентами, які направлені|спрямований| уздовж|вздовж,уподовж| головних осей еліпса, а в циркулярно-поляризованому – вздовж|вздовж,уподовж| двох взаємно перпендикулярних діаметрів, існує різниця фаз . Примушуючи|заставляючи| досліджуване світло пройти через пластинку|платівка| в , ми додамо|добавимо| до цієї різниці , тобто компенсуємо|компенсувати| наявну різницю фаз, перетворивши її на нуль або в . Таким чином, досліджуване світло перетворюється на плоскополяризоване, яке можна досліджувати за допомогою звичайного|звичний| поляризатора. Для цього компенсатор для кругової поляризації орієнтують довільно, а для еліптичної – так, щоб головні напрями|направлення| пластинки|платівка| співпали|збіглися| з|із| головними осями еліпса.

У разі|в разі| довільно орієнтованого еліпса слугують спеціальні прилади, здатні|здібний| компенсувати до нуля будь-яку різницю фаз. Такі прилади називаються компенсаторами.

Компенсатори

Експериментальне виявлення еліптично та циркулярно-поляризованого світла. Відомі нам поляризаційні прилади не дозволяють відрізнити еліптично та циркулярно-поляризоване світло від частково поляризованого і природного відповідно. Якщо пропустити еліптично-поляризоване світло через ніколь, то при обертанні ніколя навколо|навкруг,довкола| осі променя спостережуваний результат повністю співпадає|збігатися| з|із| результатом аналогічного досліду|дослід| з|із| частково поляризованим світлом (що пройшло|минув,сплив| через ніколь) – інтенсивність світла змінюється плавно, досягаючи максимуму і відмінного|інший| від нуля мінімуму. Легко переконатися в тому, що амплітуда променя, що пройшов|минув,сплив| через ніколь залежатиме від орієнтації головної площини|плоскість| ніколя NN відносно|відносно| осей еліпса.

Повертання ніколя навколо|навкруг,довкола| осі променя означає поворот прямокутника (рис. 4.25) навколо|навкруг,довкола| осі, перпендикулярної площини|плоскість| рисунка. Інтенсивність світла, що пройшло|минув,сплив| через ніколь, буде максимальною, коли NN співпадає|збігатися| з|із| великою віссю еліпса, та мінімальною, коли NN співпадає|збігатися| з|із| малою віссю (рис. 4.25).

При циркулярній (коловій|коло|) поляризації напівосі еліпса рівні й еліпс перетворюється на коло. Як би не обертався ніколь навколо|навкруг,довкола| осі променя, інтенсивність світла залишатиметься постійною. Таке ж явище спостерігалося б при проходженні через ніколь природного світла.

Як відрізнити еліптично-поляризоване світло від частково поляризованого, циркулярно-поляризоване – від природного? Відповідь на це питання можна дати, користуючись висновками|виведення| з|із| попереднього параграфа, де було сказано, що якщо еліптично або циркулярно-поляризоване світло пропустити крізь пластинку|платівка| в чверть|четвертина| хвилі, то воно перетворюється на плоскополяризоване, що легко виявити за допомогою поляризаційних призм. Проте|однак| для такого виявлення еліптичної (або колової|коло|) поляризації пластинку|платівка| в треба орієнтувати так, щоб її головні напрями|направлення| співпали|збіглися| з|із| головними осями еліпса (рис. 4.26). Оскільки цей метод вимагає попереднього визначення головних напрямів|направлення| еліпса і, крім того, не дозволяє визначити форму і розташування еліпса по відношенню до будь-яких напрямів|направлення|, потрібно застосувати інший метод аналізу еліптично-поляризованого світла.

Рис.4.26

Ми знаємо, що еліпс перетворюється на пряму при значеннях різниці фаз 0 і . Це означає, що якщо різницю фаз між взаємно перпендикулярними компонентами компенсувати, обернувши|звертаючи| її в нуль або , то еліптично-поляризоване світло перетвориться на лінійно-поляризоване. Таким чином, знаючи величину компенсації різниці фаз, можна провести повний|цілковитий| кількісний аналіз еліптично-поляризованого світла. Прилади, здатні|здібний| здійснити таку операцію, – компенсувати довільну різницю фаз між звичайним і незвичайним променями, обертаючи|звертаючи| її в нуль або , — називаються компенсаторами. Ознайомимося з|із| двома їх різновидами.

Компенсатор Бабіне. Компенсатор Бабіне (рис. 4.27) складається з двох клинів, виготовлених із|із| кварцу, з|із| взаємно перпендикулярними оптичними осями. Промінь світла в загальному|спільний| випадку проходить|минати,спливати| у клинах різні шляхи|колія,дорога|: і .Черезвзаємну перпендикулярність оптичних осей кварцових клинів промінь звичайний у першому клині стає незвичайним у другому, і навпаки. Тоді додаткова різниця ходу між звичайним і незвичайним променями дорівнює

4.10

.

Рис.4.27

Додаткова різниця фаз, відповідна різниці ходу 4.10, буде

. 4.11

Отже, знаючи товщину і , можна знайти додаткову різницю фаз, що вноситься.

Таким чином, потрапляючи на різні ділянки компенсатора Бабіне еліптично- або циркулярно-поляризоване світло при виході з|із| компенсатора набуває|придбавати| поляризації різного характеру|вдача|. Як видно|показно| з|із| формули 4.11, компенсатор Бабіне |змушувати| працює з|із| дуже вузьким пучком світла, що є|з'являтися,являтися| серйозним його недоліком|нестача|. Цей недолік|нестача| усунений у компенсаторі Солейля.

Компенсатор Солейля. Компенсатор Солейля (рис. 4.28) складається з двох клинів і прямокутної пластинки|платівка|, виготовлених із|із| кварцу. Оптичні осі клинів паралельні між собою і перпендикулярні оптичній осі прямокутної

Рис. 4.28

пластинки |платівка|. Верхній клин за допомогою мікрометричного гвинта В може переміщатися паралельно самому собі по поверхні іншого клина. В результаті|унаслідок,внаслідок| такого переміщення клина можна підібрати|добрати| сумарну товщину клинів , рівну або відмінну|інший| від товщини плоскопаралельної пластинки|платівка|. Як видно з|показно| рис. 4.28, компенсатор Солейля дозволяє працювати з|із| широким пучком світла.

Обертання площини|плоскість| поляризації

Явище відкрите|відчинене| Д.Араго і О.Френелем у 1811-1817 роках.

Існують деякі речовини, так звані оптично активні, які мають таку властивість: якщо на таку речовину падає промінь поляризований, при проходженні через таку речовину (навіть паралельно оптичній осі), промінь залишається поляризованим, але|та| напрям|направлення| поляризації весь час|увесь час| змінюється. Таку властивість мають, наприклад, кварц, слюда та ряд|лава,низка| інших природних кристалів.

Існують кристали, які обертають ліворуч та праворуч. Кут|ріг,куток| повороту площини|плоскість| поляризації залежить від геометричних розмірів (довжини) кристала

, 4.12

де – коефіцієнт пропорційності, який залежить від властивостей узятої речовини.

– питоме обертання – кут|ріг,куток|, на який повертається|обертатися| площина|плоскість| поляризації при проходженні променем товщини кристала в 1 мм. (залежить також від довжини хвилі поляризованого світла).

Для практичних цілей дуже істотним|суттєвий| виявилося те, що таку оптичну активність мають розчини деяких речовин, зокрема розчин цукру.

– концентрація.

( ); та роду узятої речовини).

– закон Біо. 4.13

Це має дуже велике значення для контролю концентрації цукру, що йде|вирушати| з|із| відходами в цукровій промисловості.