Поляризационные призмы и поляроиды

В основе работы приборов, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления.

Поляризационные призмы построены на явлении полного внутреннего отражения одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является призма Николя (николь). Призма Николя представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную канадским бальзамом с n = 1,55. Оптическая ось призмы составляет с входной гранью угол . На передней грани призмы естественный луч раздваивается на: обыкновенный и необыкновенный . При соответствующем подборе угла падения, обыкновенный луч испытывает полное отражение (канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачерненной боковой поверхностью. Необыкновенный же луч выходит из кристалла параллельно падающему.

Двоякопреломляющие призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их как можно дальше друг от друга. Примером могут служить призмы из исландского шпата и стекла, призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Для первых обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла проходит призму практически без отклонения. Для вторых призм различие в ориентации оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами.

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т.е. различного поглощения света в зависимости от ориентации , и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обыкновенного луча уже при толщине пластинки в 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч. Такое различие в поглощение, зависящее от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.

Дихроичные кристаллы используются для изготовления поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого иод-хинина). Герапатит – двоякопреломляющее вещество с выраженным дихроизмом в области видимого света. Такая пленка толщиной 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи видимой области спектра. Преимущество поляроидов – возможность изготавливать их с большой площадью поверхности. Однако степень поляризации в них сильнее зависит от λ, чем в призмах. Кроме того, меньшая по сравнению с призмами прозрачность в сочетании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать их в мощных световых потоках. Одно из применений поляроиды нашли в автодорожном деле для защиты водителя от слепящего действия фар встречных машин

Интерференция поляризованных лучей

Лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях, интерференционной картины дать не могут (например, е и о). Однако их можно свести в одну плоскость, пропустив через поляризатор, установленный так, чтобы его плоскость не совпадала с плоскостью колебаний ни одного из лучей. Тогда амплитуды колебаний, прошедших поляризатор, будут равны проекциям амплитуд лучей на плоскость поляризатора. Если свет направить перпендикулярно пластинке, вырезанной параллельно оптической оси кристалла, то лучи о и е, не разделяясь, будут двигаться с разной скоростью. За время прохождения пластинки толщиной d они приобретают разность фаз

Однако, лучи были получены за счет прохождения через пластинку естественного света и не дают интерференционной картины, так как колебания о и е происходят от разных цугов волн и поэтому не когерентны. Иначе обстоит дело, если на пластинку падает плоскополяризованный свет. В этом случае о и е лучи являются когерентными и будут интерферировать.

Вырезанная параллельно оптической оси пластинка

называется пластинкой в четверть волны.

Тогда лучи о и е, образованные от плоскополяризованного света, приобретут разность фаз . Пластинка, для которой

называется пластинкой в полволны.

Если плоскость колебаний поляризованного света до прохождения пластинки образует угол 45⁰ с осью кристалла, то амплитуды о и е лучей будут одинаковы, и получается свет, поляризованный по кругу. Пластинка, поставленная перед эллиптически поляризованным светом, дает на выходе плоскополяризованный. Отсюда метод определения эллиптически поляризованного и естественного света с помощью пластинки в волны и поляризатора.