Поляризация света — это универсальное свойство, которым обладают электромагнитные волны, в числе которых и видимые световые лучи.
Рисунок 1. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поляризация света в кристаллах имеет огромное количество интересных применений и заслуживает того, чтобы о ней поговорить более подробно.
Свет является одной из разновидностей электромагнитного, мощного излучения, поэтому характеризуется направленностью и источником. Кроме того, необходимо помнить о его двойственной природе: в одном случае данное физическое явление представляет собой волну, а в другом – элементарную частицу.
В природе ученые выделяют множество колебательных, физических процессов. Один из самых главных — гармонические изменения напряженностей магнитного и электрического полей, которые формируют переменное пространство, распространяющееся в виде постоянных электромагнитных волн.
Такие элементы могут быть поперечными, векторы напряженностей которых всегда взаимно-перпендикулярны и колеблются исключительно поперек начального направления распространения волны.
Поляризация при поглощении света кристаллами
Некоторые природные материалы проявляют заметное различие в поглощении и излучении света, который колеблется по различным направлениям при прохождении через кристалл.
Например, такое явление можно наблюдать в дравите и других минералах группы турмалина. Известно, что лучи с параллельными удлинению вещества колебаниями в итоге поглощаются в меньшей степени, чем с колебаниями в поперечном направлении.
Рисунок 2. Опыт с кристаллами турмалина. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вследствие такого процесса возникает физический эффект, называемый дихроизмом.
Суть этого явления заключается в изменении окраски кристаллических элементов в зависимости от двух изначальных направлений колебаний световых лучей. В турмалинах это свойство характеризуется атомной структурой, определяемой геометрическими кольцами и треугольными группами. Содержание таких плоскостей всегда перпендикулярно кристаллографическому вектору в качестве тройной оси. Когда электрическая ось света колеблется перпендикулярно линии и параллельно кристаллам расположения указанных структурных групп, он активно взаимодействует с ними и в результате практически полностью поглощается.
В этом случае две пластинки турмалина выпиливаются параллельно определенной оси, и из каждой формируется клин. Поляризация света помогает соединить пластинки таким образом, чтобы их векторы взаимно пересекаются в вершинах самих клиньев. После прохождения через первый элемент световой луч начинает колебаться в направлении, в котором будет в значительной мере поглощаться другой пластинкой. Поэтому свет не может выйти из турмалинового пространства, пока между ними не будет размещен дополнительный двупреломляющий кристалл, способный создать новые направления световых колебаний.
Оптическая анизотропия кристаллов
Оптическая естественная анизотропия кристаллов часто встречается в таких веществах: турмалин, исландский шпат, кварц. Сам эффект двойного лучепреломления состоит в том, что луч света, который постепенно падает на кристалл, автоматически разделяется в нем на два. При этом величина преломления кристалла для одного из световых векторов стабильна при любом угле излучения входного луча, а для другого непосредственно зависит от угла падения. Это явление сильно удивило первооткрывателей, поэтому первый световой луч называется обыкновенным, а второй — необыкновенным. И весьма значимо, что эти элементы линейно-поляризованы только во взаимно-перпендикулярных средах.
Оптически изотропные объекты становятся оптически анизотропными под влиянием:
- одностороннего растяжения или сжатия;
- электрического поля;
- магнитного поля.
В вышеуказанных случаях физическое вещество приобретает характеристики одноосного кристалла, оптический вектор которого полностью совпадает с изначальным направлением деформации, магнитного или электрического полей соответственно указанным внешним факторам. Меры воздействия могут создаваться учеными искусственно, контролируемо варьироваться в ходе проведения экспериментов.
В таких кристаллах может выделяться только одно направление, по которому двойного преломления никогда не происходит.
Известны также двухосные кристаллы, в которых происходит двойное преломление, но в итоге оба луча становятся необыкновенными. В таких веществах наблюдаются более сложные физические явления.
В одноосных кристаллах в начале нынешнего столетия обнаружился еще один любопытный эффект: обыкновенный и необыкновенный лучи испытывают существенно отличающееся поглощение.
Двоякопреломляющие кристаллы используют для получения линейно-поляризованного света двумя методами. В первом применяют не обладающие дихроизмом кристаллы; из них формируют призмы, имеющие две треугольные линзы с одинаковой ориентацией оптических векторов.
Рисунок 3. Поляризация светва. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение поляризации кристаллов
В кристаллооптике поляризационные исследования кристаллов проводят особенно часто. Многие кристаллы и другие полимерные материалы оснащены сильным двойным лучепреломлением и дихроизмом. Изучая эти особенности и определяя дальнейшее направление соответствующих осей, можно осуществлять идентификацию веществ, а также получать точные сведения о химической структуре новых элементов.
Геологи, изучая в поляризованном свете различные кристаллы, минералы и изделия, могут эффективно отличить подделки от настоящих, природные от искусственных. Используя эффект поляризации световых лучей стекольной промышленности, возможно быстро проверить равномерность и правильность закалки стекла.
Э. Лэнд в 1928 году, используя свойства только что открытых пластиковых пленок, создал поляризующее устройство, которое в более модернизированной форме повсеместно используется на сегодняшний день для формирования поляризованного света в микроскопах.
Ранее в пластиковую пленку помещалось множество ультратонких игольчатых кристаллов природных солей йодистоводородной кислоты, которые обладали сильно выраженным дихроизмом. Затем исследуемый элемент туго натягивали, и кристаллические иголки принимали сразу параллельную ориентацию.
Совершающий в этом случае колебания свет поглощается настолько сильно, что в результате не может выйти из пленки.
Другие лучи, колебания которых прямо перпендикулярны удлинению кристаллов, проходят через пленку достаточно свободно, давали плоско-поляризованный свет. В последних видах поляроидов применяются соединения пластика и окрашенных веществ, сложенных удлиненными и параллельно расположенными молекулами.
