|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Плеохроизм |
 | |
Анимация
Описание
Прозрачные оптически анизотропные вещества (ОАВ), а именно некоторые двухосные кристаллы, при их освещении линейно поляризованным светом меняют свою окраску в зависимости от направления наблюдения - по трём основным направлениям, которые обычно совпадают с главными направлениями кристалла (рис. 1).
Исчезновение поляризационной компоненты, перпендикулярной оптической оси n, при распространении света в кристалле
Рис. 1
Этот эффект является следствием анизотропии поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей, возникающих при освещении двухосного 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 ацетата меди. Частным случаем плеохроизма является явление линейного дихроизма, наблюдаемого в одноосных кристаллах.
Для объяснения явления плеохроизма 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 v0o 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) явление плеохроизма, главным образом, проявляется в полосах поглощения ОАВ, т.е. при v ®( v0o, v0e), что и обуславливает изменение окраски кристалла при изменении направления наблюдения, последовательно проходящего направления главных осей кристалла. Необходимо также отметить, что при наблюдении рассеяния света кристаллом в промежуточных направлениях окраска будет принимать промежуточные тона, являющихся переходными между окрасками наблюдаемыми вдоль главных осей.
Из сказанного следует, что при прохождении световой волны через ОАВ вследствие явления плеохроизма 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.
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.
Явления плеохроизма и являющийся его частным случаем явление линейного дихроизма 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 плеохроизма в качестве одновременно светофильтров и поляризаторов оптического излучения, получивших название поляроидов. Явление плеохроизма 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 явления плеохроизма используется в различных приборах диагностики и контроля деформаций нагруженных объектов. Смотри также дихроизм.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Использующие явления плеохроизма приборы могут быть применены в качестве поляризаторов оптического излучения, в измерительных и диагностических системах.
Реализации эффекта
Техническая реализация - поляроид, устройство получения света линейной поляризации оптического излучения, определённой длины волны, на основе явления плеохроизма представлена на рис. 1.
На пути распространения светового пучка с произвольным состоянием поляризации находится прозрачное ОАВ, например, в виде пластинки из ацетата меди 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 плеохроизма 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 | |