Вращение плоскости поляризации оптически активными средами.
Изучая явление двойного лучепреломления в кварце, Араго в 1811 году обнаружил, что пластинка кварца, вырезанная перпендикулярно оптической оси, поворачивает плоскость поляризации падающего на нее плоско поляризованного света на некоторый угол. Впоследствии было установлено, что способностью поворачивать плоскость поляризации света обладают многие вещества. Их называют оптически активными веществами. В качестве примера можно привести скипидар, камфару, никотин, раствор сахара, киноварь и т.д.
Направление поворота плоскости поляризации принято определять относительно наблюдателя, который смотрит навстречу световому лучу. Вращение называется правым (положительным), если плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке (вправо), и левым (отрицательным), если она поворачивается против часовой стрелки.
Опыты показали, что величина угла поворота y плоскости поляризации пропорциональна длине пути луча l в оптически активной среде:
y = y0l, (6.3.8)
где y0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода вещества, его агрегатного состояния, температуры и длины света. Для растворов
y = [y0]ld, (6.3.9)
где d – концентрация растворенного оптически активного вещества, [y 0] – удельная вращательная способность.
Кварц и другие оптически активные вещества существуют в двух модификациях: правовращающей и левовращающей, причем при одинаковой толщине слоя вещества величина угла поворота плоскости поляризации одинакова для обеих модификаций. Френель показал, что поворот плоскости поляризации есть проявление особого кругового двойного лучепреломления, вследствие которого две волны, которые распространяются в оптически активной среде с разными скоростями, поляризованы не линейно, как при обычном двойном лучепреломлении, а по кругу. Согласно гипотезе Френеля волны с правой и левой круговой поляризацией распространяются в оптически активной среде с разными фазовыми скоростями. Линейно поляризованную световую волну со световым вектором 
можно представить себе как результат наложения двух волн, одна из которых поляризована по правому кругу со световым вектором 
, а вторая – по левому кругу с вектором 
(рис. 6.3.10).
|
|
|
Рис. 6.3.10. Круговое двойное лучепреломление
Если скорости распространения этих волн uпр и uл равны, то число оборотов векторов 
и 
при прохождении слоя вещества будет одинаковым, и результирующее колебание светового вектора будет совершаться вдоль прежнего направления (рис. 6.3.10, а). При uпр ¹ uл число оборотов векторов и будет различным при прохождении слоя вещества. В итоге они повернуться на разные углы jпр и jл (рис. 6.3.10, б), что приведет к повороту результирующего вектора 
на некоторый угол y.
|
|
|
Приборы, предназначенные для определения угла поворота плоскости поляризации, называются поляриметрами. Поляриметр, используемый для определения концентрации сахара в растворе по углу поворота плоскости поляризации, называется сахариметром. Методы, основанные на явлении оптической активности, дают возможность обнаружить различие в величине показателей преломления с точностью Dn ~ 10–11.
Фарадеем было обнаружено вращение плоскости поляризации при распространении света в оптически неактивной среде, возникающее под действием магнитного поля. Это явление получило название эффекта Фарадея.
Схема опыта для наблюдения этого эффекта представлена на рис. 6.3.11.
Рис. 6.3.11. Схема наблюдения эффекта Фарадея
Исследуемое вещество помещается внутрь соленоида, находящегося между скрещенными поляризаторами. Если по катушке не течет ток, свет через систему не проходит. Если катушку подсоединить к источнику тока, то в ней возникает магнитное поле, и свет проходит через поляризаторы. Анализ прошедшего света показывает, что он остается плоско поляризованным, однако плоскость его поляризации повернута по отношению к плоскости поляризации падающего на вещество света. Угол поворота плоскости поляризации пропорционален длине пути l в веществе и индукции магнитного поля В:
|
|
|
y = RlB,
где коэффициент R называется постоянной Верде. Эффект Фарадея является следствием прецессии электронных орбит в атомах вещества в магнитном поле, приводящей к тому, что волны с правой и левой круговой поляризацией распространяются с разными скоростями. В основном вращение происходит в ту же сторону, в которую навиты витки катушки. Такие вещества называются положительными. Встречаются, однако, и вещества, вращающиеся в противоположную сторону (отрицательные). Направление вращения связано с направлением магнитного поля и не зависит от направления распространения света (в отличие от естественного вращения). При естественном вращении основная причина состоит в действии поля световой волны. Поэтому симметрия картины зависит от направления света. В случае магнитного вращения плоскости поляризации основная причина лежит в действии магнитного поля, так что направление вращения задается направлением внешнего поля.
|
|
|
Эффект Фарадея используется для управления поляризацией света, а также в оптических изоляторах (устройствах, пропускающих свет только в одном направлении).
* Анизотропная среда – среда, макроскопические свойства которой различны в различных направлениях, в противоположность среде изотропной, где они не зависят от направления.
Дата добавления: 2021-04-06; просмотров: 150; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!