Какие существуют способы получения плоскополяризованного света

Получение плоскополяризованного света

Все источники света являются совокупностью огромного числа атомов, испускающих свет при переходе из возбужденного состояния в стационарное. Каждый элементарный акт испускания атомом света является анизотропным. Однако, ввиду большого числа хаотически ориентированных излучателей, быстрого и несинхронного их высвечивания ( с), свет таких источников является неполяризованным.

Существует несколько способов получения плоскополяризованного света.

1. Отражение света от диэлектрической пластины.

Свет, отраженный от полированного диэлектрика, всегда частично поляризован. Степень поляризации отраженного луча зависит от угла падения и показателя преломления диэлектрика .

Максимальная степень поляризации достигается при таком угле падения, когда:

. (7.2)

Плоскость колебаний электрического вектора в отраженном луче перпендикулярна плоскости падения – закон Брюстера (рис. 7.5).

При преломленный и отраженный лучи образуют угол в .

2. Преломление света в прозрачной пластине.

Поскольку отраженный от диэлектрика свет полностью или частично поляризован, то проходящий свет тоже частично поляризован. Максимальная степень поляризации проходящего света достигается при выполнении закона Брюстера, но плоскость колебаний вектора совпадает с плоскостью падения луча (рис. 7.5). Для увеличения степени поляризации проходящего света используются несколько сложенных вместе прозрачных пластин, расположенных под углом Брюстера к падающему свету – стопа Столетова.

3. Поляризация света в двупреломляющих кристаллах.

Некоторые кристаллы обладают способностью при преломлении разделять падающий луч на два луча со взаимноперпендикулярными плоскостями поляризации (рис. 7.6.). Эти два луча называются: обыкновенный – , необыкновенный – и характеризуются показателями преломления .

Отклоняя один из лучей в сторону, можно выделить второй, т.е. получить плоскополяризованный свет. Устройства, действующие таким образом, называются поляризаторами.

4. Поляризация света в дихроичных пластинах.

У некоторых двупреломляющих кристаллов (например, турмалина) коэффициенты поглощения света обыкновенного и необыкновенного лучей отличаются настолько, что уже при небольшой толщине один из них полностью гасится, и из кристалла выходит один плоскополяризованный луч. Это явление носит название дихроизма. Полученные на основе таких пластинок поляризаторы называются поляроидами. Аналогичным свойством обладают тонкие полимерные пленки, содержащие одинаково ориентированные игольчатые микрокристаллы иодистого хинина. Поляризаторы и поляроиды характеризуются особым разрешенным направлением. Разрешенным направлением называют плоскость, в которой находится электрический вектор прошедшего через поляризатор или поляроид света.

Источник

2. Способы получения поляризованного света.

Существует.несколько способов получения и анализа поляризованного света.

1. Поляризация при помощи поляроидов

Поляроиды представляют собой целлулоидные пленки с нанесенным на них тончайшим слоем кристалликов сернокислого нодхинина. Применение поляроидов является в настоящее время наиболее распространенным способом поляризации света.

2. Поляризация посредством отражения

Если естественный луч света падает на черную полированную поверхность, то отраженный луч оказывается частично поляризованным. В качестве поляризатора и анализатора может быть употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком.

Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°.

3. Поляризация посредством преломления

Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них световым лучам под углом в 57°.

3. Поляризация при отражении света от диэлектрика. Закон Брюстера.

Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектриков

Одним из способов получения поляризованного света является его отражение и преломление на границе раздела двух изотропных диэлектриков. Пусть на границу раздела диэлектриков 1 и 2 падает естественный свет. Отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения, в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения. При некотором угле падения, называемом углом Брюстера, отраженный луч становится полностью поляризованным (плоско поляризованным).

Закон Брюстера — закон оптики, выражающий связь показателя преломления с таким углом, при котором свет, отражённый от границы раздела, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, а преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, причем поляризация преломленного луча достигает наибольшего значения. Легко установить, что в этом случае отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны. Соответствующий угол называется углом Брюстера.

Это явление оптики названо по имени шотландского физика Дэвида Брюстера, открывшего его в 1815 году.

Закон Брюстера: , где n₂₁ — показатель преломления второй среды относительно первой, θ_Br — угол падения (угол Брюстера).

4. Закон Малюса.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент прозрачности поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где и — циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах. Потери на отражение, зависящие от и не учитываемые законом Малюса, определяются дополнительно.

Источник

Получение поляризованного света

Описание

Существует несколько способов непосредственного получения поляризованного света. Эти способы основаны на использовании поляризованной флюоресценции, скользящего выхода лучей и пр. Когерентный поляризованный свет излучается лазерами. На практике такие методы применяются мало. Обычно для получения поляризованного света естественное излучение какого-либо источника пропускают через поляризатор.

Действие поляризатора состоит в том, что он разделяет первоначальный пучок на две компоненты со взаимно перпендикулярными направлениями поляризации, пропускает одну компоненту и поглощает или отклоняет другую. Таким образом, теоретически пропускание поляризатора может составлять 50%. Практически пропускаемая компонента также частично поглощается материалом поляризатора, в результате чего пропускание несколько снижается. Осуществление процесса поляризации возможно за счет разных физических явлений: дихроизма, двойного лучепреломления отражения, рассеяния. Наиболее распространены дихроичные поляризаторы, но используются и двоякопреломляющие. Поляризаторы, основанные на отражении и рассеянии, применяют в исключительных случаях.

Дихроичные поляризаторы — это анизотропно поглощающие тела. Пластинка, вырезанная из такого тела, разделяет падающий луч на две поляризованные компоненты и поглощает их в различной степени.

Дихроичный поляризатор может представлять собой монокристалл, например, монокристалл турмалина. Однако поляризатор из монокристалла имеет недостатки: малая апертура, узкая спектральная область пропускания, высокая стоимость.

Принцип работы двоякопреломляющих поляризаторов основан на разделении первоначального пучка на две компоненты, поляризованные во взаимно перпендикулярных направлениях. Одна из них устраняется с помощью специального устройства.

Типичный двоякопреломляющий поляризатор состоит из двух склеенных вместе призм из исландского шпата. Такая комбинация разделяет падающий пучок на две компоненты. Одна из них проходит полностью, другая отражается в сторону зачерненной поверхности призмы, поглощающей падающий на нее свет. Наиболее известна призма, изобретенная еще в прошлом веке Николем. Она все еще применяется в отдельных случаях. Недостатками двоякопреломляющих поляризаторов являются малая линейная и угловая апертура, большая толщина и масса, неудобная прямоугольная форма сечения. К тому же они довольно дороги. Поэтому обычно их захме-няют поляроидами. Однако в некоторых случаях, например для ультрафиолетового излучения, двоякопре-ломляющие поляризаторы продолжают оставаться незаменимыми.
Важнейшим этапом в развитии методов применения поляризованного света явилось изобретение в 1928 г. поляроидов, сначала микрокристаллических, а затем молекулярных. В поляроидах монокристалл заменен большим количеством маленьких упорядоченных дихро-ичных частиц — длинных тонких микрокристаллов. Длинные оси отдельных монокристаллов ориентированы параллельно, так что совпадают с наибольшей главной осью поглощения.

Поляроид представляет собой тонкую поляризующую свет пленку, вклеенную между пластинками из стекла или прозрачной бесцветной пластмассы. Пленка, обладающая очень сильным дихроизмом в видимой области спектра, разлагает падающий на нее световой луч на два луча: обыкновенный и необыкновенный, из которых один почти полностью поглощается, а другой проходит почти неослабленным.

Наиболее широкое распространение получили герапатитовые и поливиниловые поляроиды. Герапатитовые поляроиды изготавливают из полийодида сульфата хинина, чаще всего в виде суспензии ультрамикроскопических иглообразных кристалликов в нитро- или ацетилцеллюлозной пленке. При этом все кристаллики ориентированы параллельно друг другу.

Поливиниловые поляроиды изготавливают из содержащей йод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Одиночные поливиниловые поляроиды пропускают около 30% и рассеивают примерно ОД % падающего света, герапетитовые пропускают примерно 28% и рассеивают 3,5% света. Апертурный угол поляризации составляет около 90° для поливиниловых и около 60° для герапатитовых поляроидов. Цвет отдельного поляроида серый или серо-зеленый. Два поляроида со скрещенными плоскостями поляризации почти полностью гасят проходящий свет. В настоящее время поляроиды в большей части приборов вытесняют монокристаллические поляризаторы.

Источник

В МИРЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

Доктор технических наук А. ГОЛУБЕВ.

В природе существует множество колебательных процессов. Один из них — гармонические колебания напряжённостей электрического и магнитного полей, образующие переменное электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Волны эти поперечные — векторы е и н напряжённостей электрического и магнитного полей взаимно-перпендикулярны и колеблются поперек направления распространения волны.

Электромагнитные волны условно разделяют на диапазоны по длинам волн, образующих спектр. Наибольшую его часть занимают радиоволны с длиной волны от 0,1 мм до сотен километров. Небольшой, но очень важный участок спектра — оптический диапазон. Он делится на три области — видимую часть спектра, занимающую интервал приблизительно от 0,4 мкм (фиолетовый свет) до 0,7 мкм (красный свет), ультрафиолетовую (УФ) и инфракрасную (ИК), невидимые глазом. Поэтому поляризационные явления доступны непосредственному наблюдению только в видимой области.

Если колебания вектора напряжённости электрического поля е световой волны поворачиваются в пространстве случайным образом, волна называется неполяризованной, а свет — естественным. Если эти колебания происходят только в одном направлении, волна линейно-поляризована. Неполяризованную волну в линейно-поляризованную превращают при помощи поляризаторов — устройств, пропускающих колебания только одного направления.

Попробуем изобразить этот процесс более наглядно. Представим себе обычный деревянный забор, в одной из досок которого прорезана узкая вертикальная щель. Проденем сквозь эту щель верёвку; её конец за забором закрепим и начнём верёвку встряхивать, заставляя её колебаться под разными углами к вертикали. Вопрос: а как будет колебаться верёвка за щелью?

Ответ очевиден: за щелью верёвка станет колебаться только в вертикальном направлении. Амплитуда этих колебаний зависит от направления приходящих к щели смещений. Вертикальные колебания пройдут сквозь щель полностью и дадут максимальную амплитуду, горизонтальные — щель не пропустит совсем. А все другие, «наклонные», можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие, и амплитуда будет зависеть от величины вертикальной составляющей. Но в любом случае за щелью останутся только вертикальные колебания! То есть щель в заборе — это модель поляризатора, преобразующего неполяризованные колебания (волны) в линейно-поляризованные.

Вернёмся к свету. Получить из естественного, неполяризованного света линейно-поляризованный можно несколькими способами. Наиболее часто применяют полимерные плёнки с длинными молекулами, ориентированными в одном направлении (вспомним про забор с щелью!), призмы и пластинки, обладающие двойным лучепреломлением, или оптической анизотропией (неодинаковости физических свойств по различным направлениям).

Оптическая анизотропия наблюдается у многих кристаллов — турмалина, исландского шпата, кварца. Само явление двойного лучепреломления заключается в том, что луч света, падающий на кристалл, разделяется в нём на два. При этом показатель преломления кристалла для одного из этих лучей постоянен при любом угле падения входного луча, а для другого зависит от угла падения (то есть для него кристалл анизотропен). Это обстоятельство настолько поразило первооткрывателей, что первый луч назвали обыкновенным, а второй — необыкновенным. И весьма существенно, что эти лучи линейно-поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Заметим, что в таких кристаллах существует одно направление, по которому двойного преломления не происходит. Это направление называется оптической осью кристалла, а сам кристалл — одноосным. Оптическая ось — это именно направление, все идущие вдоль него линии обладают свойством оптической оси. Известны также двухосные кристаллы — слюда, гипс и другие. В них также происходит двойное преломление, но оба луча оказываются необыкновенными. В двухосных кристаллах наблюдаются более сложные явления, которых мы касаться не станем.

В некоторых одноосных кристаллах обнаружилось ещё одно любопытное явление: обыкновенный и необыкновенный лучи испытывают существенно различное поглощение (это явление назвали дихроизмом). Так, в турмалине обыкновенный луч поглощается практически полностью уже на пути около миллиметра, а необыкновенный проходит весь кристалл насквозь почти без потерь.

Двоякопреломляющие кристаллы применяют для получения линейно-поляризованного света двумя способами. В первом используют кристаллы, не обладающие дихроизмом; из них изготавливают призмы, составленные из двух треугольных призм с одинаковой или перпендикулярной ориентацией оптических осей. В них либо один луч отклоняется в сторону, так что из призмы выходит только один линейно-поляризованный луч, либо выходят оба луча, но разведённые на большой угол. Во втором способе используются сильнодихроичные кристаллы, в которых один из лучей поглощается, или тонкие плёнки — поляроиды в виде листов большой площади.

Возьмём два поляроида, сложим их и посмотрим сквозь них на какой-нибудь источник ес-тественого света. Если оси пропускания обоих поляроидов (то есть направления, в которых они поляризуют свет) совпадают, глаз увидит свет максимальной яркости; если они перпендикулярны, свет практически полностью погасится.

Свет от источника, пройдя через первый поляроид, окажется линейно-поляризованным вдоль его оси пропускания и в первом случае свободно пройдёт через второй поляроид, а во втором случае не пройдёт (вспомним пример с щелью в заборе). В первом случае говорят, что поляроиды параллельны, во втором — что поляроиды скрещены. В промежуточных случаях, когда угол между осями пропускания поляроидов отличается от 0 или 90о, мы получим и промежуточные значения яркости.

Пойдём дальше. В любом поляризаторе входящий свет расщепляется на два пространственно разделённых и линейно-поляризованных во взаимно-перпендикулярных плоскостях луча — обыкновенный и необыкновенный. А что будет, если не разделять пространственно обыкновенный и необыкновенный лучи и не гасить один из них?

На рисунке показана схема, реализующая этот случай. Свет определённой длины волны, прошедший через поляризатор Р и ставший линейно-поляризованным, падает под углом 90 о на пластинку П, вырезанную из одноосного кристалла параллельно его оптической оси ZZ. В пластинке распространяются две волны — обыкновенная и необыкновенная — в одном направлении, но с разной скоростью (поскольку для них различны показатели преломления). Необыкновенная волна поляризована вдоль оптической оси кристалла, обыкновенная — в перпендикулярном направлении. Предположим, что угол а между направлением поляризации падающего на пластинку света (осью пропускания поляризатора Р) и оптической осью пластинки равен 45 о и амплитуды колебаний обыкновенной и необыкновенной волн А_о и А_е равны. Это случай сложения двух взаимно-перпендикулярных колебаний с одинаковыми амплитудами. Посмотрим, что получится в результате.

Для наглядности обратимся к механической аналогии. Есть маятник, к нему прикреплена трубочка с вытекающими из неё тонкой струйкой чернилами. Маятник колеблется в строго фиксированном направлении, и чернила рисуют прямую линию на листе бумаги. Теперь мы толкнём его (не останавливая) в направлении, перпендикулярном плоскости качания, так, что размах его колебаний в новом направлении стал таким же, как и в начальном. Таким образом, мы имеем два ортогональных колебания с одинаковыми амплитудами. Что нарисуют чернила, зависит от того, в какой точке траектории АОВ находился маятник, когда мы его толкнули.

Предположим, что мы толкнули его в тот момент, когда он занимал крайнее левое положение, в точке А. Тогда на маятник подействуют две силы: одна в направлении первоначального движения (к точке О), другая — в перпендикулярном направлении АС. Поскольку эти силы одинаковы (амплитуды перпендикулярных колебаний равны), маятник пойдет по диагонали AD. Его траекторией станет прямая линия, идущая под углом 45 о к направлениям обоих колебаний.

Если толкнуть маятник, когда он находится в крайнем правом положении, в точке В, то из аналогичных рассуждений ясно, что его траекторией будет тоже прямая, но повёрнутая на 90 о . Если толкнуть маятник в средней точке О, конец маятника опишет круг, а если в какой-то произвольной точке — эллипс; причём его форма зависит от того, в какой именно точке толкнули маятник. Следовательно, круг и прямая — частные случаи эллиптического движения (прямая — это «вырожденный» эллипс).

Результирующее колебание маятника, совершаемое по прямой линии, — модель линейной поляризации. Если его траектория описывает окружность, колебание называется поляризованным по кругу или циркулярно-поляризованным. В зависимости от направления вращения, по часовой стрелке или против неё, говорят соответственно о право- или левоциркулярной поляризации. Наконец, если маятник описывает эллипс, колебание называется эллиптически-поляризованным, и в этом случае тоже различают правую или левую эллиптическую поляризацию.

Пример с маятником даёт наглядное представление, какую поляризацию получит колебание, возникающее при сложении двух взаимно-перпендикулярных линейно-поляризованных колебаний. Возникает вопрос: что служит аналогом задания второго (перпендикулярного) колебания в различных точках траектории маятника для световых волн?

Им служит разность фаз φ обыкновенной и необыкновенной волн. Толчку маятника в точке А соответствует нулевая разность фаз, в точке В — разность фаз 180 о , в точке О — 90 о , если маятник проходит через эту точку слева направо (от А к В), или 270 о , если справа налево (от В к А). Следовательно, при сложении световых волн с ортогональными линейными поляризациями и одинаковыми амплитудами поляризация результирующей волны зависит от разности фаз складываемых волн.

Из таблицы видно, что при разности фаз 0 о и 180 о эллиптическая поляризация превращается в линейную, при разности 90 о и 270 о — в круговую с разными направлениями вращения результирующего вектора. А эллиптическую поляризацию можно получить сложением двух ортогональных линейно-поляризованных вол и при разности фаз 90 о или 270 о , если у этих волн различные амплитуды. Кроме того, циркулярно-поляризованный свет можно получить вообще без сложения двух линейно-поляризованных волн, например при эффекте Зеемана — расщеплении спектральных линий в магнитном поле. Неполяризованный свет частотой v, пройдя через приложенное в направлении распространения света магнитное поле, расщепляется на две компоненты с левой и правой циркулярными поляризациями и симметричными относительно ν частотами (ν — ∆ν) и (ν + ∆ν).

Весьма распространённый способ получения различных видов поляризации и их преобразования — использование так называемых фазовых пластинок из двоякопреломляющего материала c показателями преломления n_o и n_e. Толщина пластинки d подобрана так, что на её выходе разность фаз между обыкновенной и необыкновенной компонентами волны равна 90 или 180 о . Разности фаз 90 о соответствует оптическая разность хода d(n_o — n_e), равная λ/4, а разности фаз 180 о — λ/2, где λ — длина волны света. Эти пластинки так и называются — четвертьволновая и полуволновая. Пластинку толщиной в одну четвёртую или половину длины волны изготовить практически невозможно, поэтому тот же результат получают с более толстыми пластинками, дающими разность хода (kλ + λ/4) и (kλ + λ/2), где k — некоторое целое число. Четвертьволновая пластинка превращает линейно-поляризованный свет в эллиптически-поляризованный; если же пластинка полуволновая, то на её выходе получается также линейно-поляризованный свет, но с направлением поляризации, перпендикулярным входящему. Разность фаз в 45 о даст циркулярную поляризацию.

Если между параллельными или скрещёнными поляроидами поместить двоякопреломляющую пластинку произвольной толщины и посмотреть через эту систему на белый свет, то мы увидим, что поле зрения стало цветным. Если толщина пластинки неодинакова, возникают разноцветные участки, потому что разность фаз зависит от длины волны света. Если один из поляроидов (все равно, какой) повернуть на 90 о , цвета изменятся на дополнительные: красный — на зелёный, жёлтый — на фиолетовый (в сумме они дают белый свет).

Поляризованный свет предлагали использовать для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45 о , например вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещённые собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещёнными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.

Два скрещённых поляроида составляют основу многих полезных устройств. Через скрещённые поляроиды свет не проходит, но, если поместить между ними оптический элемент, поворачивающий плоскость поляризации, можно открыть свету дорогу. Так устроены быстродействующие электрооптические модуляторы света. Между скрещёнными поляроидами помещается, например, двоякопреломляющий кристалл, на который подаётся электрическое напряжение. В кристалле в результате взаимодействия двух ортогональных линейно-поляризованных волн свет становится эллиптически-поляризованным с составляющей в плоскости пропускания второго поляроида (линейный электрооптический эффект, или эффект Поккельса). При подаче переменного напряжения будет периодически меняться форма эллипса и, следовательно, величина проходящей через второй поляроид составляющей. Так осуществляется модуляция — изменение интенсивности света с частотой приложенного напряжения, которая может быть очень высокой — до 1 гигагерца (10 9 Гц). Получается затвор, прерывающий свет миллиард раз в секунду. Эго используют во многих технических устройствах — в электронных дальномерах, оптических каналах связи, лазерной технике.

Известны так называемые фотохромные очки, темнеющие на ярком солнечном свету, но не способные защитить глаза при очень быстрой и яркой вспышке (например, при электросварке) — процесс затемнения идёт сравнительно медленно. Поляризационные очки на эффекте Поккельса обладают практически мгновенной «реакцией» (менее 50 мкс). Свет яркой вспышки поступает на миниатюрные фотоприемники (фотодиоды), подающие электрический сигнал, под действием которого очки становятся непрозрачными.

Поляризационные очки используют в стереокино, дающем иллюзию объёмности. В основе иллюзии лежит создание стереопары — двух изображений, снятых под разными углами, соответствующими углам зрения правого и левого глаза. Их рассматривают так, чтобы каждый глаз видел только предназначенный для него снимок. Изображение для левого глаза проецируют на экран через поляроид с вертикальной осью пропускания, а для правого — с горизонтальной осью и точно совмещают их на экране. Зритель смотрит через поляроидные очки, в которых ось левого поляроида вертикальна, а правого горизонтальна; каждый глаз видит только «своё» изображение, и возникает стереоэффект.

Для стереоскопического телевидения применяется способ быстрого попеременного затемнения стёкол очков, синхронизированного со сменой изображений на экране. За счёт инерции зрения возникает объёмное изображение.

Поляроиды широко применяются для гашения бликов от стёкол и полированных поверхностей, от воды (отраженный от них свет сильно поляризован). Поляризован и свет экранов жидкокристаллических мониторов.

Поляризационные методы используются в минералогии, кристаллографии, геологии, биологии, астрофизике, метеорологии, при изучении атмосферных явлений.

Жевандров Н. Д. Поляризация света. — М.: Наука, 1969.

Жевандров Н. Д. Анизотропия и оптика. — М.: Наука, 1974.

Жевандров Н. Д. Применение поляризованного света. — М.: Наука, 1978.

Шерклифф У. Поляризованный свет / Пер. с англ. — М.: Мир, 1965.

О свойствах поляризованного света, самодельных полярископах и о прозрачных предметах, начинающих переливаться всеми цветами радуги, журнал уже писал (см. «наука и жизнь» № 7, 1999 г.). Рассмотрим этот же вопрос с использованием новых технических устройств.

Любое устройство с цветным ЖК (жидкокристаллическим) экраном— монитор, ноутбук, телевизор, DVD-плеер, карманный компьютер, смартфон, коммуникатор, телефон, электронную фоторамку, MP3-плеер, цифровой фотоаппарат — можно использовать в качестве поляризатора (прибора, создающего поляризованный свет).

Дело в том, что сам принцип работы ЖК-монитора основан на обработке поляризованного света (1). Более подробное описание работы можно найти на http://master-tv.com/, а для нашего физпрактикума важно то, что если мы засветим экран белым светом, например, нарисовав белый квадрат или сфотографировав белый лист бумаги, то получим плоскополяризованный свет, на фоне которого мы и будем производить дальнейшие опыты.

Интересно, что, приглядевшись к белому экрану при большом увеличении, мы не увидим ни одной белой точки (2) — всё многообразие оттенков получается комбинацией оттенков красного, зелёного и синего цветов.

Может быть, по счастливой случайности наши глаза тоже используют три вида колбочек, реагирующих на красный, зелёный и синий цвета так, что при правильном соотношении основных цветов мы воспринимаем эту смесь как белый цвет.

Для второй части полярископа — анализатора — подойдут поляризованные очки фирмы «Polaroid», они продаются в магазинах для рыболовов (уменьшают блики от водной поверхности) или в автомагазинах (убирают блики от стеклянных поверхностей). Проверить подлинность таких очков очень просто: поворачивая очки относительно друг друга, можно практически полностью перекрыть свет (3).

Можно воспользоваться специальными поляризационными очками для стереокино (подробности на http://www.stereomir.ru/).

И, наконец, можно сделать анализатор из ЖК дисплейчика от испорченных электронных часов или других изделий с чёрно-белыми экранами( 4). При помощи этих несложных приспособлений можно увидеть немало интересного, а если поставить анализатор перед объективом фотоаппарата — сохранить удачные кадры (5).

Предмет из абсолютно прозрачной пластмассы — линейка (8), коробочка для CD-дисков (9) или сам «нулевой» диск (см. снимок на первой странице обложки), — помещённый между ЖК-экраном и анализатором, приобретает радужную окраску. Геометрическая фигурка из целлофана, снятого с сигаретной пачки и положенная на листок того же целлофана, становится цветной (6). А если повернуть анализатор на 90 градусов, все цвета изменятся на дополнительные — красный станет зелёным, жёлтый — фиолетовым, оранжевый — синим (7).

Причина этого явления в том, что прозрачный для естественного света материал на самом деле неоднороден, или, что то же самое, анизотропен. Его физические свойства, в том числе показатели преломления разных участков предмета, неодинаковы. Световой луч в нём расщепляется на два, которые идут с разными скоростями и поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Интенсивность поляризованного света, результат сложения двух световых волн, при этом не изменится. Но анализатор вырежет из него две плоско-поляризованные волны, колеблющиеся в одной плоскости, которые станут интерферировать (см. «Наука и жизнь» № 1, 2008 г.). Малейшее изменение толщины пластинки или напряжений в её толще приводит к появлению разности хода волн и возникновению окраски.

В поляризованном свете очень удобно изучать распределение механических напряжений в деталях машин и механизмов, строительных конструкциях. Из прозрачной пластмассы делают плоскую модель детали (балки, опоры, рычага) и прикладывают к ней нагрузку, моделирующую реальную. Разноцветные полосы, возникающие в поляризованном свете, указывают на слабые места детали (острый угол, сильный изгиб и пр.) — в них концентрируются напряжения. Меняя форму детали, добиваются наибольшей её прочности.

Проделать такое исследование несложно и самим. Из органического стекла (желательно однородного) можно вырезать, скажем, модель гака (крюка для подъёма груза), подвесить её перед экраном, нагружать гирьками разного веса на проволочных петельках и наблюдать, как в ней меняется распределение напряжений.

Источник