13-Я лекція
Інтерференція поляризованих променів. Проходження плоскополяризованого світла через кристалічну платівку. Платівки в чверть хвилі і в полволни.
Штучне подвійне променезаломлення. Ефект Керра. Обертання площини поляризації (природне, магнітне).
Інтерференція поляризованих променів. Еліптична поляризація.
При накладенні двох когерентних променів, поляризованих у взаємно перпендикулярних напрямках, ніякої інтерференційної картини, з характерним для неї чергуванням максимумів і мінімумів інтенсивності, не спостерігається. Інтерференція виникає тільки в тому випадку, якщо коливання у взаємодіючих променях відбуваються вздовж одного і того ж напрямку. Напрямки коливань в двох променях, спочатку поляризованих у взаємно перпендикулярних напрямках, можна звести в одну площину, пропустивши ці промені через поляризаційне пристрій, встановлений так, щоб його площина не співпадала з площиною коливань жодного з променів.
Розглянемо, що виходить при накладенні вийшли з кристалічної пластинки звичайного і незвичайного променів. При нормальному падінні світла
на паралельну оптичній осі грань кристала звичайний і незвичайний промені поширюються не розділяючись, але з різною швидкістю. У зв'язку з цим між ними виникає різниця ходу
або різниця фаз
де d - шлях, пройдений променями в кристалі, λ0 - довжина хвилі у вакуумі [см. формули (17.3) і (17.4)].
Таким чином, якщо пропустити природне світло через вирізану паралельно оптичній осі кристалічну пластинку товщини d (рис. 12l, a), з платівки вийдуть два поляризованих у взаємно перпендикулярних площинах луча1 И21. між якими буде існувати різниця фаз (31.2). Поставимо на шляху цих променів який-небудь поляризатор, наприклад поляроїд або николь. Коливання обох променів після проходження через поляризатор будуть лежати в одній площині. Амплітуди їх дорівнюватимуть складовим амплітуд лучей1 і 2 в напрямку площині поляризатора (рис. 121, б).
Оскільки обидва променя отримані розділенням світла, отриманого від одного джерела, вони, здавалося б, повинні интерферировать, і при товщині кристала d такий, що виникає між променями різниця ходу (31.1) дорівнює, наприклад, λ0 / 2, інтенсивність виходять з поляризатора променів ( при певній орієнтації площині поляризатора) повинна бути дорівнює нулю.
Досвід, однак, показує, що, якщо промені 1 і 2 виникають за рахунок проходження через кристал природного світла, вони не дають інтерференції, т. Е. Не є когерентними. Це пояснюється досить просто. Хоча звичайний і незвичайний промені породжені одним і тим же джерелом світла, вони містять в основному коливання, що належать різним цугам хвиль, що випускаються окремими атомами. Коливання, відповідні одному такому Цугу хвиль, відбуваються в випадково орієнтованої площині. У звичайному промені коливання обумовлені переважно цугамі, площини коливань яких близькі до одного напряму в просторі, в незвичайному промені - цугамі, площини коливань яких близькі до іншого, перпендикулярному до першого напрямку. Оскільки окремі цуги некогерентного, що виникають з природного світла звичайний і незвичайний промені, а, отже, і лучі1 і 2. також виявляються некогерентними.
Інша справа, якщо на кристалічну платівку, зображену на рис. 121, падає плоскополяризоване світло. У цьому випадку коливання кожного цуга розділяються між звичайним і незвичайним променями в одній і тій же пропорції (залежить від орієнтації оптичної осі пластинки відносно площини коливань в падаючому промені), так що промені про ие. а, отже, і лучі1 і 2. виявляються когерентними.
Дві когерентні плоско-поляризовані світлові хвилі, площини коливань яких взаємно перпендикулярні, при накладенні один на одного дають, взагалі кажучи, еліптично поляризоване світло. В окремому випадку може вийти світло, поляризований по колу, або плоскополяризоване світло. Яка з цих трьох можливостей має місце, залежить від товщини кристалічної пластинки і показників заломлення ne іnо. а також від співвідношення амплітуд лучей1 і 2.
Вирізана паралельно оптичної осі пластинка, для якої (nо -ne) d = λ0 / 4, називаетсяпластінкой в чверть хвилі; пластинка, для якої, (nо -ne) d = λ0 / 2 називаетсяпластінкой в полволни і т. д. 1.
Припустимо плоскополяризоване світло через пластинку в чверть хвилі (рис. 122). Якщо розташувати пластинку так, щоб кут φ між площиною коливань Р в падаючому промені і віссю пластінкіO дорівнював 45 °, амплітуди обох променів, що вийшли з пластинки, будуть однакові (передбачається, що дихроизма немає). Зрушення по фазі між коливаннями в цих променях составіт / 2. Отже, світло, що вийшло з пластинки, буде поляризований по колу. При іншому значенні кута φамплітуди вийшли з пластинки
променів будуть неоднаковими. Тому при накладенні ці промені утворюють світло, поляризований по еліпсу, одна з осей якого збігається за напрямком з віссю пластинки O. Пріφ, рівному 0 ілі / 2, в платівці буде