Поляризация света. Поляроиды.

Опыт показал, что световые лучи можно поляризовать. Первые, поляризаторы для светового излучения были сделаны из кристаллов турмалина (природный минерал). Из этих кристаллов одинаковым способом вырезают две пластинки и располагают их одну за другой на пути светового луча (рис. 32.20). Пластинка Т₁ является поляризатором, а пластинка Т₂ — анализатором. При повороте анализатора можно видеть, что свет сначала ослабляется до минимума (при скрещенном положении пластинок (рис. 32.21), а затем опять усиливается. Если убрать поляризатор T₁, то вращение анализатора не изменяет света, попадающего в глаз наблюдателя.

Итак, опыты со световым излучением показали, что

• световое излучение является поперечными волнами;
• у естественного луча света колебания в плоскости, перпендикулярной к лучу, происходят по всем, направлениям и ни одно из них не имеет преимущества перед другими.

Вспомним, что в электромагнитной волне происходят колебания векторов E и H в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 27.7). При описании поляризации света условились отмечать только направление колебаний вектора E.

Естественный монохроматический луч не поляризован, поскольку он образован множеством электромагнитных волн, у которых векторы E колеблются по самым различным направлениям в плоскости, перпендикулярной лучу (рис. 32.22, а). Вместо естественного луча пользуются модельным лучом, в котором колебания вектора Е происходят только по двум взаимно перпендикулярным направлениям (рис. 32.22, б), т. е. естественный луч представляют, как наложение двух лучей, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. На рис. 32.22, в перпендикулярным чертежу, вертикальные черточки — в плоскости чертежа. На рис. 32.22, г изображен луч, поляризованный в плоскости чертежа, а на рис. 32.22, д — в плоскости, перпендикулярной чертежу.

Выясним теперь, почему турмалин может служить поляризатором света. Вспомним, что кристаллы обладают анизотропией. У турмалина анизотропия проявляется в том, что он сильно поглощает излучение с колебаниями вектора Е одного определенного направления, а излучение с колебаниями в перпендикулярном направлении почти не поглощает. Это свойство кристаллов называют дихроизмом. Подобрав такую толщину турмалиновой пластинки, при которой колебания одного направления полностью поглощаются в ней, получают полностью поляризованный луч. При более тонкой пластинке в луче остаются колебания во взаимно перпендикулярных направлениях, но амплитуда одного из них получается больше, чем у другого. Такой луч называют частично поляризованным.

Резко выраженный дихроизм был обнаружен у очень маленьких кристалликов сульфата йодистого хинина. При изготовлении поляризатора целлулоидную пленку покрывают тонким слоем таких кристалликов, ориентированных определенным образом. Снаружи эту пленку накрывают стеклом и получают поляризатор с большой поверхностью. Такие поляризаторы называют поляроидами.

Опыт показал, что некоторые вещества обладают очень интересными свойствами. Если в них попадает поляризованный луч, то плоскость колебаний вектора Е в этом луче поворачивается пропорционально пути, пройденному лучом в веществе. Вещества, вызывающие вращение плоскости поляризации луча, называют оптически активными. К ним относятся кварц, раствор сахара в воде и другие вещества.

Хорошим подтверждением электромагнитной природы светового излучения является вращение плоскости поляризации лучей в магнитном поле, открытое Фарадеем. Оказывается, когда поляризованный луч распространяется вдоль линии индукции магнитного поля, то его плоскость поляризации поворачивается.