|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Дихроизм линейный |
 | |
Анимация
Описание
Прозрачные оптически анизотропные вещества (ОАВ), в роли которых могут выступать некоторые одноосные кристаллы, при их освещении линейно поляризованным светом меняют свою окраску в зависимости от направления наблюдения - вдоль или перпендикулярно оптической оси кристалла (рис. 1). Этот эффект является следствием анизотропии поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей, возникающих при освещении одноосного кристалла из-за зависимости показателя преломления кристалла от направления распространяющейся в нём световой волны. Поглощение обыкновенного и необыкновенного лучей зависит от их длины волны и направления колебания электрического вектора световой волны, т.е. её поляризации. Наиболее сильно этот эффект наблюдается в кристаллах турмалина и сульфата йодистого хинина. Так в кристалле турмалина обыкновенный луч поглощается на длине 1 мм, а в кристалле йодистого хинина на длине 0.1 мм.
Для объяснения явления линейного дихроизма могут быть использованы классические представления о взаимодействии света (электромагнитных волн) с веществом, объясняющие зависимость показателя преломления света n(l) от длины волны. Различие показателей преломления no(l) обыкновенного и ne(l) необыкновенного лучей обусловлено либо асимметрией строения атомов и молекул ОАВ либо асимметрией структуры кристаллов ОАВ.
Причина различия показателей преломления no(l) и ne(l) может быть объяснена действием электрического поля световой волны в оптической и ультрафиолетовой области спектра на электроны атомов или молекул вещества, в результате которого последние совершают вынужденные колебания с частотой v =c/l проходящей через вещество световой волны. Отметим, что в инфракрасной области спектра основное значение имеют колебания ионов. В результате таких колебаний с частотой v изменяется средний дипольный момент единицы объёма вещества, а следовательно и диэлектрические проницаемости eo и ee, определяющие в соответствии с формулой Максвелла показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в ОАВ волн, соответственно равных 
и 
. Значения этих показателей, как следует из уравнений вынужденных колебаний, зависят не только от v, но и от т. н. резонансных частот v0о и v0e колебаний электронов/ионов под действием волн обыкновенного и необыкновенного лучей, а также и от значений соответствующих коэффициентов затухания go и ge, обуславливающих поглощение этих волн в ОАВ:
, (1)
где v = c /l - частота проходящей через вещество световой волны.
Из этой формулы следует, что при прохождении света через ОАВ, обыкновенного и необыкновенного лучей, будут иметь неодинаковые коэффициенты затухания, соответственно равные go и ge.
Вследствие этого и на основании закона Бугера - Ламберта интенсивность Io обыкновенного и Ie необыкновенного лучей по мере распространения в ОАВ будет затухать экспоненциально с различными значениями постоянных поглощения ko(l) и ke(l), пропорциональных соответствующим коэффициентам затухания g+ и g:
Io = I0oexp(-kox) и Ie = I0eexp(-kex),
где I0o и I0e соответственно интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей перед прохождением ОАВ.
Этот результат составляет содержание явления линейного дихроизма.
Отметим, также, что, в соответствии с формулой (1) явления линейного дихроизма, главным образом, проявляется в полосах поглощения ОАВ, т.е. при v ® (v0o, v0e), что и обуславливает изменение окраски кристалла при изменении направления наблюдения от параллельного оптической оси кристалла до перпендикулярного к ней. Необходимо также отметить, что при наблюдении рассеяния света кристаллом в промежуточных направлениях окраска будет принимать промежуточные тона.
Из сказанного следует, что при прохождении световой волны через ОАВ вследствие явления линейного дихроизма изменяется состояние её поляризации.
В самом деле, пусть для определённости в некотором ОАВ постоянные поглощения волн обыкновенного и необыкновенного лучей неодинаковы, т.е. ko<ke. Тогда после прохождения слоя этого вещества толщиной l отношение интенсивностей волн обыкновенного и необыкновенного лучей
Io /Ie = exp((ke-ko) l)
может быть сделано как угодно большим в зависимости от соотношения величин l и (ko-ke).
Например, если в качестве критерия полного подавления необыкновенного луча выбрать широко используемое в физике значение этого отношения, равное 1/e , то расчёт необходимой для этого толщины la можно получить из очевидной формулы:
la =1/| ke-ko|.
На рис. 1 представлен соответствующий сделанному выше предположению о соотношении величин ko и ke результат действия ОАВ толщиной l, на линейно поляризованный свет вдоль направления пол углом 45° оси.
Исчезновение поляризационной компоненты, перпендикулярной оптической оси n, при распространении света в кристалле
Рис. 1
Световые лучи, имеющие колебания электрического вектора в плоскости главного сечения одноосного кристалла и в перпендикулярном к этой плоскости направлении, называются соответственно необыкновенным и обыкновенным лучом.
Явление линейного дихроизма представляет собой частный случай явления плеохроизма, состоящего в изменении окраски двухосного кристалла при изменении направления наблюдения, последовательно проходящего оптические оси кристалла и перпендикулярные к ним направления. Впервые эти явления наблюдались в 1909 г. французским физиком П.Л.А. Кордье, а также в 1916 г. на кристаллах турмалина французским физиком Ж.Б. Био (J.B Biot) и немецким физиком Т.И. Зеебеком (Т.Seebeck).
Необходимо отметить многочисленные применения явления линейного дихроизма в качестве одновременно светофильтров и поляризаторов оптического излучения, получивших название поляроидов. Явление линейного дихроизма может быть вызвано не только естественной анизотропией атомов и молекул ОАВ, но также и вследствие внешних факторов - внешних полей, механических деформаций и т.п. Эта особенность явление линейного дихроизма используется в различных приборах диагностической диагностики и контроля деформаций нагруженных объектов. Смотри также плеохроизм.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Использующие явления линейного дихроизма приборы могут быть применены в качестве поляризаторов оптического излучения, в измерительных и диагностических системах.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Техническая реализация - поляроид, устройство получения света линейной поляризации оптического излучения, определённой длины волны, на основе явления линейного дихроизма представлена на рис. 1.
На пути распространения светового пучка с произвольным состоянием поляризации находится прозрачное ОАВ, например, в виде пластинки из кристалла турмалина с различными значениями показателей преломления и постоянных поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей достаточной толщины, обеспечивающей поглощение обыкновенного луча на выходе из ОАВ. После прохождения ОАВ в соответствии с явлением линейного дихроизма вектор напряжённости электрического поля световой волны будет линейно поляризован в главном сечении кристалла.
Литература
1. Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1984. - С. 549.
2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. - М.: Наука, 1980. - С. 468.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |