Фазосдвигающие пластинки. Получение света с произвольной поляризацией

Одноосный кристалл, вырезанный параллельно его оптической оси ОО, называют фазосдвигающей пластинкой. Если на такой кристалл перпендикулярно его оптической оси падает световой пучок, то внутри кристалла образуются о- и е-лучи, распространяющиеся в одном направлении с разными скоростями v ₀ и v_e, поляризованные в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.

При прохождении через кристалл толщиной d фаза о-волны  при x = d станет равной

                                                                                                          (1)

С учетом , где n ₀ – показатель преломления о-луча, получим

                                                 .                                              (2а)

Аналогично для е-луча

                                                 .                                              (2б)

Разность фаз о- и е-волн на выходе кристалла будет равна

                ,               (3)

где  — волновое число и длина волны в вакууме.

Произведение геометрического пути на показатель преломления среды L = n l называют оптическим путем. А разность двух оптических путей  называют оптической разностью хода. Соотношение (3) в терминах оптической разности хода о- и е-лучей имеет вид

                                                                       (4)

Примечание. Это отношение соблюдается во всех волновых процессах.

Подбирая толщину пластинки d можно менять  и  между о- и е-волнами.

 

Возможны следующие варианты:

1. Если Δ φ ≠ π /2 или π, то в общем случае на выходе пластинки получим эллип­тически поляризованный свет.

 

2. Если Δ φ = π, что соответствует Δ= λ ₀/2 (такую пластинку называют полуволновой), то на ее выходе получим линейно поляризованный свет.

 

 

3. Если Δ φ = π /2, что соответствует Δ= λ ₀/4 (такую пластинку называют четвертьволновой), то на выходе пластинки в общем случае будет эллиптически поляризованный свет. Однако, если на такую пластинку падает линейно поляризованный свет с амплитудой А, плоскость поляризации которого по отношению к оптической оси кристалла OO повернута на угол α = π /4, то проекции амплитуды А на оси OX и OY, перпендикулярные и параллельные оптической оси, будут и на выходе кристалла. получим циркулярно поляризованный свет.

г). Если после пластинки с Δ= λ ₀/4 поставить вторую пластинку c Δ= λ ₀/4, то суммарная оптическая разность хода о- и е-волн после двух пластинок будет равна Δ= λ ₀/2 и линейно поляризованный свет на входе первой пластинки и на выходе второй пластинки останется линейно поляризованным, но будет иметь новое направление плоскости поляризации. Можно также считать, что циркулярно поляризованный свет на входе второй пластинки на ее выходе превратился в линейно поляризованный. Таким образом можно превращать эллиптически (циркулярно) поляризованный свет в линейно поляризованный и наоборот.

Искусственная анизотропия

Как показывает опыт, если изотропное вещество поместить в электрическое поле либо его деформировать, то в веществе возникает выделенное направление в пространстве (оптическая ось). Это явление называют искусственной анизотропией.

В электрическом поле оптическая ось направлена вдоль поля , а при деформации тела в направлении его растяжения или сжатия вещество с искусственной оптической осью ведет себя также как одноосный кристалл.

§17. Оптически активные вещества

Вещества, поворачивающие плоскость поляризации линейно поляризованного света вокруг направления распространения светового луча, называют оптически активными.

 

При прохождении лучом в таком веществе пути l плоскость поляризации света поворачивается на угол

                                                                                                                           (1)

где α — коэффициент пропорциональности. Например, для кварца α = 21,7 град/мм (для l =590 нм).

 

Многие жидкости (скипидар, раствор сахара в воде) также обладают оптической активностью. Если оптически активная среда — раствор, то полагают , где ρ —  концентрация раствора. Тогда

                                                             .                                                         (2)

Коэффициeнт  называют постоянной вращения. Если вещество поместить в магнитное поле с напряженностью , а луч света направить вдоль направления поля , то вещество также становится оптически активным (эффект Фарадея). В этом случае

                                                             ,                                                          (3)

где α — постоянная вещества.

Глава 3. Интерференция волн

Основные понятия. Способы получения когерентных световых пучков

Интерференция — это явление перераспределения потока электромагнитной энергии в пространстве, возникающее в результате наложения волн, приходящих в данную область пространства от разных источников. Если в области интерференции световых волн поставить экран, то на нем будут наблюдаться светлые и темные области, например полосы.

Интерферировать могут только когерентные волны. Источники называют когерентными, если они имеют одинаковую частоту ω и постоянную во времени разность фаз излучаемых ими волн.

Когерентными могут быть только точечные монохроматические источники. К ним по свойствам близки лазеры. Обычные источники излучения некогерентны, так как немонохроматичны и не являются точечными.

Немонохроматичность излучения обычных источников обусловлена тем, что их излучение создается атомами, испускающими в течение времени порядка τ =10⁻⁸ с волновые цуги длиной L = cτ =3 м. Излучения разных атомов не коррелированы друг с другом.

Однако наблюдать интерференцию волн можно и при использовании обычных источников, если с помощью какого-либо приема создать два или более источников, подобных первичному источнику. Существует два метода получения когерентных световых пучков или волн: метод деления волнового фронта и метод деления амплитуды волны.  В методе деления волнового фронта пучок или волна делится, проходя через близко расположенные щели или отверстия (дифракционная решетка), либо с помощью отражающих и преломляющих препятствий (бизеркало и бипризма Френеля, отражательная дифракционная решетка).

В методе деления амплитуды волны излучение делится на одной или нескольких частично отражающих, частично пропускающих поверхностях. Примером является интерференция лучей, отраженных от тонкой пленки.

 

Точки А, В и С на рис. являются точками деления амплитуды волны.