Интерференция поляризованных лучей - Материалы для подготовки к экзамену по физике. Оптика.

Если, например, на одноосный кристалл падает естественный свет, то обыкновенный и необыкновенный лучи не когерентны. Однако при падении на такой кристалл линейно- поляризованного света обыкновенный и необыкновенный лучи будут уже когерентными. Это обусловлено тем, что у всех световых цугов (групп волн), входящих в состав падающего света, плоскости поляризации ориентированы одинаково.

Интерференция поляризованных лучей - явление, возникающее при сложении когерентных поляризованных световых волн. Наибольший контраст интерференционной картины наблюдается при наложении когерентных волн одного вида поляризации (линейной, круговой, эллиптической) с одинаковыми направлениями.

Интерференцию поляризованных лучей можно наблюдать, например, при прохождении линейно-поляризованного света через анизотропные среды.

Интерференция поляризованного  света в параллельных лучах

Пусть пучок параллельных лучей выходит из поляризатора П1 линейно поляризованным в направлении П1П1 (рис. 4.11, б) и падает на пластинку, вырезанную из двоякопреломляющего одноосного кристалла (например, исландский шпат) параллельно его оптической оси 00 (рис. 4.11, а), расположенной перпендикулярно падающим лучам.

При этом происходит разделение колебания (П1П1) на составляющую е, параллельную оптической оси (необыкновенный луч), и на составляющую 0, перпендикулярную оптической оси (обыкновенный луч), которые в начальный момент времени колеблются в одинаковой фазе.

Для увеличения контраста интерференционной картины угол между П1П1 и 0 устанавливают равным  b=450, благодаря чему амплитуды колебаний 0 и е будут равными. Абсолютные показатели преломления этих лучей различны (n0 = 1,6585; ne=1,4863).

 Следовательно, различны и фазовые скорости их распространения в пластинке. Поэтому на выходе из пластинки между ними возникает разность фаз

                                                   ,                                      (4.7)

где d - толщина пластинки; l - длина волны падающего света; d=d(n0 - ne) -оптическая разность хода.

Когерентные обыкновенный и необыкновенные лучи, выходящие из пластинки, не могут интерферировать так как они поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому за пластинкой устанавливают анализатор П2, который из каждого луча 0 и е пропускает только составляющие с колебаниями, параллельными его направлению пропускания П2П2.

Если главные сечения поляризатора и анализатора скрещены П1^П2, то амплитуды равны (Е0 = Ее), а разность фаз между ними Dj=dj+p. Так как эти составляющие когерентны и линейно поляризованы в одном направлении, то они интерферируют.

В зависимости от величины Dj на каком-либо участке пластинки наблюдатель видит его темным (min, Dj=(2m+1)p, где m - целое число), или светлым (мах, Dj=2mp) в монохроматическом свете или различно окрашенным в белом свете (хроматическая поляризация). Если пластинка имеет переменную толщину или изменяющийся показатель преломления, то места ее с одинаковыми параметрами будут соответственно темными или одинаково светлыми (одинаково окрашенными в белом свете). В зависимости от толщины d пластинки наблюдается несколько частных случаев.

1. Пластинка в целую волну. Если оптическая разность хода

                                            d=d(n0- ne)= ± ml,                                               (4.8)

где m =0, 1, 2, ...; знак “+” соответствует оптически отрицательному кристаллу,

а знак “-“ - оптически положительному, то на выходе из пластинки свет остается линейно поляризованным в той же плоскости, что и падающий свет.

2. Пластинка в полволны. Если оптическая разность хода

                                           d=d(n0- ne)= ± (2m+1),                                     (4.9)

то на выходе из такой пластинки плоскости колебания  векторов  обыкновенной и необыкновенной волн сдвинуты по фазе на p.

Свет, выходящий из пластинки, остается линейно-поляризованным.

3. Пластинка в четверть волны. Если оптическая разность хода

                                           d=d(n0 - ne)= ± (4m+1),                                     (4.10)

то на выходе из пластинки плоскости колебания векторов  обыкновенной и необыкновенной волн сдвинуты по фазе на p/2.

Если при этом  a =p/4, где  a - угол между  оптической осью и направлением колебаний вектора  в свете, выходящем из поляризатора П1, то свет, выходящий из пластинки, поляризован по кругу.

Интерференция поляризованного света в сходящихся лучах.

Если сходящийся плоскополяризованный пучок лучей из линзы Л1 падает на пластинку (рис. 4.12), вырезанную из одноосного кристалла перпендикулярно его оптической оси, то лучи разного наклона проходят различные оптические пути в пластинке.

Обыкновенный и необыкновенный лучи получают разность фаз

           ,         (4. 11)

где Y - угол между направлением распространения лучей и нормалью  к поверхности кристалла.

Точки, соответствующие одинаковым разностям фаз, расположены по концентрическим окружностям (темным или светлым, в зависимости от Dj, рис. 4.13).

Лучи, входящие в пластинку с колебаниями вектора , параллельными плоскости главного сечения или перпендикулярными ей, не разделяются на два слагаемых и при П2 ^ П1 не будут пропущены анализатором П2. В этих случаях наблюдается темный крест (рис. 4.13). Если П2 || П1 - крест будет светлым.

Интерференция поляризованных лучей применяется в кристаллооптике, минералогии и петрографии для диагностики минералов и горных пород, для определения ориентации кристаллов и изучения их дефектов.

Существуют различные типы поляризационных приборов: поляриметры для исследования механических напряжений в деталях машин и сооружений,       интерференционно-поляризационные фильтры с шириной полосы в 0,01 нм, компенсаторы, фазовые модуляторы и др.