Полярископ

Полярископ, прибор для обнаружения поляризации видимого света. П., приспособленный для количественного определения степени поляризации, ее характера (эллиптичности) и направления, называется поляриметром. Последнее обозначение чаще однако применяется к приборам, измеряющим только вращение плоскости поляризации (смотрите Поляриметры). Поляризация света обнаруживается: 1) по интерференционным явлениям при двойном преломлении; 2) по особенностям распространения поляризованных лучей в веществе при отражении, рассеянии и преломлении; 3) по специфич. действиям поляризованного све та на вещество: световое давление эллиптически поляризованного света на вещество должно сопровождаться сообщением момента вращения телу (эффект, экспериментально еще не обнаруженный); при поглощении поляризованного света изотропными веществами в некоторых случаях появляются и долгое время остаются анизотропные свойства, двойное лучепреломление, оптич. активность (Вейгерт, Цохер); яркость флюоресценции, вызываемой поляризованным светом, неодинакова в разных направлениях; величина фотоэлектрич. тока насыщения зависит при нек-рых условиях от состояния поляризации света (фотоэлектрический эффект); есть указания на зависимость фотохимии, процессов от состояния поляризации;

4) по специфич. действиям поляризованного света на глаз: многие лица с нормальным зрением при внимательном рассматривании ровной поверхности, рассеивающей поляризованный свет (например от алюминиевого экрана, освещаемого через поляризационную призму), видят на общем ярком фоне светового пятна слабо выделяющуюся желто-лимонную фигуру (фигура 1), которая поворачивается при изменении плоскости поляризации рассеиваемого света (явление полос Гайдингера). Практически применены для полярископич. целей только две первые группы явлений.

Интерференционные П. При прохождении поляризованного света через кри-сталлич. анизотропную пластинку и анализатор наблюдаются интерференционные явления (смотрите Поляризация света), характер которых меняется при вращении анализатора или пластинки. В монохроматич. свете при этом происходят изменения яркости; при освещении белым светом наблюдается также резкое изменение окраски (хроматин, поляризация). В случае отсутствия поляризации интерференции не происходит. Если кристаллич. пластинка имеет форму клина, то в поле зрения видны чередующиеся темные и светлые полосы (смотрите Компенсаторы)^ интерференционные кривые разнообразных форм наблюдаются в сходящемся свете (смотрите Поляризация света). Т. о. комбинация любой двойной преломляющей кристаллич. пластинки и любого анализатора образует интерференционный П., который будет тем чувствительнее, чем резче интерференционные полосы и чем заметнее их исчезновение и появление. Особенно удобна для полярископич. наблюдений комбинация двух кристаллич. пластинок равной толщины d, сложенных вместе в скрещенном положении (то есть с плоскостями оптич. осей, образующими угол в 90°). При освещении белым светом интерференционные кривые заметны, только при очень тонких кристаллич. пластинках. При указанном соединении двух пластинок полосы видны в белом свете при любых толщинах и при очень небольшом схождении лучей, кроме того чем толще· пластинка, тем резче полосы и тем большее количество их помещается в поле зрения. Для скрещенных пластинок одноосного кристалла, оси которых образуют угол γ с нормалью к пластинкам, оптич. разность хода

Δ обыкновенного и необыкновенного лучей при малых углах падения выражается с точностью до членов первого порядка ф-лой:

Δ=d

2(п| sin² ψ + п{ cos² v)

(X + У), (1)

где d—толщина пластинки, х и у—прямоугольные координаты (в угловой мере) с началом вцентре поля зрения, п_г и п₂— главные показатели преломления кристалла. Множитель при (х+у) имеет максимальное значение при ψ=45°, когда (1) принимает вид:

Δ=d (х + У)·

Щ + п₂

(2)

В этом случае интерференционные полосы наиболее резки и часты, в первом приближении они имеют вид равноотстоящих прямых линий, параллельных плоскости, рассекающей пополам угол между главными сечениями двух пластинок (в действительности эти прямые—отрезки кривых второго порядка).

Пластинка Савара (фигура 2), чаще всего применяемая в П., является указанным соединением двух скрещенных пластинок из кварца или исландского шпата, вырезанных под углом в 45° к оптич. оси. В П. пластинка Савара устанавливается так. обр., что ее главные сечения образуют угол в 45° с плоскостью поляризации анализатора (фигура 3). Пусть на пластинку Савара падает монохроматич. эллиптически поляризованная волна,

Фигура 2.

которую можно разложить на две линейно поляризованные с плоскостями поляризации, параллельными главным сечениям анализатора А_г и A_t, с амплитудами а и & и с относительным смещением фазы у b на <р. Каждая из составляющих испытывает в пластинке Савара двойное преломление, и для данного места поля зрения обыкновенный и необыкновенный лучи приходят с разностью фаз Δ, определяемой ф-лой (2). В анализаторе обе составляющие эллиптически поляризованного луча при указанных условиях встретятся с амплитудами:

х=“ {sin vt + sin {vt + Δ)},

У=| { sin {vt + q>)~ sin {vt + <P + Δ)}

{v—частота световых колебаний), и средняя по времени интенсивность I, соответствующая данному месту поля зрения, выразится:

I=1 (а² + Ь²) + (а²- Ь²) cos Δ +

+ ab sin φ sin Δ. (3)

Отсюда следует, что для линейно поляризованного сгета с плоскостью поляризации, параллельной А_г {Ь=0),

, *= ^ (1 + cos Δ). (За)

Интенсивность поля максимальна при Δ= =21сл {к—целое число). При а= 0, то есть для линейно поляризованного света с плоскостью колебаний, параллельной А_г,

^I=~{l~cos Δ); (ЗЬ)

максимумы при Δ=2(/с + 1) π. При α= Ь и 9>=0, то есть при линейно поляризованном луче с колебаниями, параллельными Л₁ или Я₂,

I=а (Зс)

то есть интерференционных полос совсем нет, поле зрения освещено равномерно. Для луча, поляризованного по кругу вправо или влево, а=b и <р=,±~,

I=а² (1 + sin Δ); (3d)

максимумы для Δ=21т + ~. Т. о. пластинка Савара (как и всякая кристаллич. пластинка) позволяет легко различать разнообразные состояния поляризации. П. сист. Савара м. б. легко приспособлен для количественных измерений степени поляризации. Для этой цели между источником и П. ставится стопа стеклянных пластинок, помещаемая на деленном круге (фигура 4). Ось вращения стопы Д. б. параллельной направлению световых колебаний изучаемого поляризованного света. При повороте стопы свет деполяризуется (смотрите Поляризационные приборы), то есть составляющая колебаний в перпендикулярном направлении к направлению преимущественных колебаний в частично поляризованном свете возрастает при изменении угла поворота стопы; при двух симметричных положениях стопы (при достаточном числе пластинок в ней) интерференционные полосы исчезают, при дальнейшем повороте полосы вновь появляются. Половина измеренного угла между двумя положениями исчезновения полос, или угол деполяризации, и является мерою степени поляризованного падающего света. Деполяризация, соответствующая определенному углу поворота стопы, м. б. вычислена по ф-лам Френеля (смотрите Отражение света) с обязательным учетом многократных отражений. Однако вычисления чрезвычайно громоздки при большом числе пластинок в стопе, и практически более удобно калибрировать прибор посредством пучка света с известной степенью поляризации, получаемого например при отражении естественного света от черного стекла.

Поляриметр Лио. Лио значительно увеличил чувствительность поляриметра системы Савара несколькими усовершенствованиями в приборе. В качестве анализатора Лио пользуется двоякопреломляющей призмой из стекла и исландского шпата (смотрите Поляризационные приборы), главные сечения которой являются биссектрисами главных сечений пластинки Савара. В поле зрения при таком анализаторе видны две системы интерференционных полос, причем анализатор рассчитан так, что максимумы одной

системы ложатся на минимумы другой; число полос удваивается, и получается выигрыш в общей интенсивности поля. Один из поляриметров системы Лио, предназначенный для астрономических наблюдений, изображен на фигуре 5. Он состоит из трубы А, на конце которой помещен окуляр О и поляриметр сист. Лио—Р. Труба А может поворачиваться внутри трубы В, поворот измеряется по делениям С. Внутри трубы А помещены далее две поляризующие (или деполяризующие) стеклянные пластинки Li и L₂. Первая может вращаться вокруг оси DE (поворот отсчитывается указателем Τ’ на деленном секторе G). Пластинка L₂ может _фиг, 5. поворачиваться вок-

руг оси HI,связанной с третьей внутренней вращающейся трубой

J. Вращение ее производится посредством выступа К, передвигающегося в кольцевом вырезе М в трубке А. Гайка N служит для закрепления пластинки L₂ в различных положениях. Пружина В служит для фиксации ориентировки П. При определении слабо поляризованного света вместо установки на исчезновение полос Лио пользуется следующим приемом: слабые, но вполне заметные полосы искусственно вызываются наклоном стеклянной пластинки L₂. Если при повороте трубки J, связанной с L₂, в крайние положения интенсивность полос не из-меняется, то свет—неполяризован или по-ляризован под углом в 45°, в противном случае вариация интенсивности полос по утверждению Лио служит чрезвычайно чувствительным индикатором наличия поляризации. Для измерения степени поляризации служит пластинка —деполяризатор L_t; она наклоняется до тех пор, пока при повороте трубы Jне будет заметно никаких изменений и нтенсивности полос. В то время как с обычным П. сист. Савара м. б. измерена степень поляризации не менее 1%, с новым прибором по утверждению Лио возможны измерения до 0,1%. При помощи своего прибора Лио обнаружил поляризацию света солнечной короны без затмения солнца.

Второй прибор Лио изображен на фигуре 6,а. В трубе А в конце К находится плоско-выпуклая линза В, наполовину закрытая слюдяной пластинкой R в (фигура 6, б), обрезанной по направлению ST, являющемуся биссектрисой осей пластинки. На-другом конце трубы А находится EL сист. Лио Р и диафрагма О. Линия разреза пластинки л

₂ находится в плоскости рисунка и ори ентирована так, что интерференционные полосы ей перпендикулярны. Полосы можно заставить появиться наклоном стеклянной пластинки L₂ вокруг оси С. Труба А входит в ящик D, содержащий большую стеклянную пластинку L, (деполяризатор), вращаемую вокруг оси Е с деленным сектором G и алидадой F. Весь прибор может поворачиваться относительно оси Н и кроме того труба А вместе с ящиком D может поворачиваться в прорезах I и J. Ориентировка указывается деленным кругом К. Если свет не поляризован или поляризован параллельно одной из осей пластинки ~, то при на стинки клоне L₂ интенсивность интерференционных полос будет одинаковой в обеих половинах поля зрения.

В противном случае (например для частичной поляризации параллельно обрезу пла-

Л лучи, проходящие

через пластинку -, выйдут частично поляризованными нормально ее обрезу, в другой же половине поля—параллельно ему, и интенсивность интерференционных полос будет разной в двух половинах поля зрения. Для измерения степени поляризации достаточно наклонить Lj до выравнивания интенсивности полос в обеих половинах поля зрения. Приборы сист. Лио, пред-назначенные гл. обр. для измерения слабо

Фигура 7.

поляризованного света, позволяют изучить поляризацию света во всех отношениях (степень поляризации, направление, эллиптичность) и обладают максимальной достигнутой до сих пор чувствительностью.

Интерференционные П. дают весьма неточные результаты при малых интенсивностях. В этом случае более пригодны приборы, основанные на обычных фотометрических принципах, в особенности поляриметр Корню (фигура 7). Двоякопреломляющая призма Волластона W дает в глазу удвоенное изображение прямоугольного отверстия А, причем два изображения прямоугольника возможно ближе касаются один другого. Это изображение рассматривается через поляризационную призму Р, которая может вращаться, и устанавливается на равенство обоих полей, освещаемых обыкновенным и необыкновенным лучом. Если падающий свет поляризован, то интенсивность обоих полей я² и Ь² неодинакова, и николь должен быть установлен по закону Малю под углом а таким образом, чтобы

Т. о. по углу а м. б. определена степень поляризации. Ур-ие (4) строго справедливо только для параллельных луней, отвесно падающих на призму Волластона. Во избежание ошибок, проистекающих от неправильности установки призмы Волластона, последняя обычно может поворачиваться, и измерения делаются при различных ее азимутах. Прибор Корню широко применяется при метеорологии, наблюдениях поляризации небесного свода. При наличии вращающейся призмы Волластона прибор может применяться также для определения направления и эллиптичности поляризации. Точность прибора Корню не превышает 1% степени поляризации. Применяя стеклянную стопу в качестве деполяризатора, возможно заменить пластинку Савара другими поляризационными, неинтерференционными пластинками, например бикварцем Солей, пластинкой Сенармона (смотрите Поляриметры), которые функционируют только в случае наличия поляризации в падающем свете. Такие приборы менее чувствительны, чем поляриметры Савара и практически могут с пользою применяться только для малых интенсивностей. Методика количественного изучения поляризации в ультрафиолетовой области спектра до сего времени разработана мало и в большинстве случаев сводится к сравнению почернений, вызываемых на фотографии. пластинке обыкновенным и не- обыкновенным лучом при двойном лучепреломлении в крист или призмах.

Лит.: Хвольсон О. Д., Курс физики, т. 2, Берлин, 1923; Savart F., «Pogendorifs Annalen», Lpz., 1840, В. 49, p. 292; MascartE., Traits d’op-tique, t. 2, P., 1891; Poclels F., Lehrbuch d. Kri-stalloptik, Leipzig, 1906; Handbuch d. Physik, brsg. Y. H. Geiger u. K. Scheel, B. 19 и 20, В., 1928; W e 1-g e r t F., Optische Methoden d. Chemie, Lpz., 1927; v. U b i s ch G., «Annalen d. Physik», Leipzig, 1911, В. 35, p. 790; LyotB, «Revue d’optique», Paris, 1923, Аппёе 5, p. 108; & а у 1 о 1 a E. u. P ri n g s-h e i m P., «Zeitschrift f. Physik», Braunschweig, 1924, B. 24, p. 24. С. Вавилов,