Интерференция поляризованных лучей

Устойчивая интерференционная картина наблюдается при наложении когерентных волн. (Интерференция волн - наложение двух или более волн, приводящее к перераспределению интенсивности светового потока в пространстве, т.е. к взаимному усилению или ослаблению двух или более волн).

Чтобы наблюдать устойчивую интерференцию поляризованных световых волн, необходимо наложить друг на друга две когерентные поляризованные волны, которые распространяются вдоль одного направления, а колебания световых векторов в них происходят в одной плоскости. Это достигается следующим способом. На поверхность двояко преломляющей пластинки перпендикулярно к ней падает поляризованная волна. Пластина вырезана таким образом, что главная оптическая ось кристалла параллельна поверхности пластины. Две образовавшиеся в кристалле поляризованные волны, обыкновенная и необыкновенная, при этом распространяются в одном направлении, но с разными скоростями. При выходе из кристалла эти две волны пространственно не разделены. Плоскости колебаний световых векторов в них взаимно перпендикулярны. Вследствие различия скоростей распространения эти волны при прохождении кристалла приобретают разность фаз , зависящую от толщины пластинки и от разности показателей преломления кристалла для обыкновенного и необыкновенного

,

где - длина световой волны в вакууме.

Этой разности фаз соответствует оптическая разность хода .

Для наблюдения ослабления или усиления освещённости экрана при интерференции этих волн необходимо сделать так, чтобы колебания световых векторов в двух накладываемых друг на друга волнах происходили в одной плоскости. Для этого свет, прошедший через кристаллическую пластинку, пропускают через анализатор. Для каждой из волн анализатор пропускает только ту составляющую вектора напряжённости электрического поля, которая параллельна плоскости главного сечения анализатора. Из анализатора выходят две когерентные волны, в которых световые вектора колеблются в одной плоскости. Удобно пояснить рассуждения векторной диаграммой:

ПП - плоскость колебаний светового вектора в поляризованной волне, падающей на двояко преломляющую пластинку; после двойного преломления в пластинке выходят две волны обыкновенная и необыкновенная . Направления световых векторов в них взаимно перпендикулярно. При прохождении анализатора, плоскость главного сечения которого задана на рисунке 3 направлением АА', будут пропущены только составляющие векторов и , параллельные АА'. В этом случае световые вектора волн, прошедших анализатор, складываются, т.е. волны усиливают друг друга. Если повернуть анализатор так, чтобы плоскость его главного сечения была направлена как ВВ', то проекции векторов и на ВВ' будут взаимно противоположными и волны будут ослаблять (гасить) друг друга. Условия усиления или ослабления зависят от разности хода этих волн и от длины волны, падающей на кристалл.

Если через описанную оптическую систему пропустить белый свет, то после прохождения анализатора световая волна окажется окрашенной, поскольку условия усиления и ослабления волн при интерференции зависят от длины волны (положения максимумов и минимумов на интерференционной картине будут пространственно разнесены).

При различной толщине двояко преломляющей пластинки в разных её частях также меняются условия минимальной и максимальной освещённости экрана вследствие интерференции волн, поэтому разные части экрана оказываются окрашенными различно.

Если повернуть анализатор на 90°, то для рассматриваемой волны с длиной условия усиления перейдут в условия ослабления. Окраска картины, наблюдаемой на экране, изменится.

А П

 

С

 

 

В’

 

 

В

 

П’ А’ С’

Рис.3. Векторная диаграмма интерференции поляризованных лучей

СС’ - плоскость главного сечения кристалла

 

Метод исследования

Основными приборами, с помощью которых проводится получение и исследование поляризованного света, являются поляризатор (П) и анализатор (А).

Естественный свет пропускается через двояко преломляющий кристалл исландского шпата. При этом происходит двойное лучепреломление света.

Интерференция поляризованных лучей наблюдается при прохождении поляризованного света через полупрозрачную балку, подвергшуюся механической деформации.

Поляризатор, анализатор и кристалл исландского шпата вставлены в рамки, снабженные круговыми шкалами для измерения углов их поворота. Рамки в свою очередь вмонтированы в стойки, которые можно укреплять на оптической скамье. Оправа с кристаллом имеет с одной стороны поворотный диск, в котором сделаны несколько маленьких отверстий разных диаметров для пропускания пучков света. Поперечное положение рамок, укрепленных на оптической скамье, может быть отрегулировано с помощью рейтеров, имеющих для этого винтовое приспособление. Подобная регулировка даёт возможность корректировать направление светового луча для получения четкой картины светового пятна на непрозрачном экране, закреплённом на отдельной стойке.

 

Порядок выполнения работы