Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
с Мы изложили схему довольно сложных расчетов, объясняющих механизм естественного вращения плоскости поляризации света некоторыми веществами. Для наглядной иллюстрации проведенных расчетов обратимся к модельному эксперименту (рис.4.15).
Чрезвычайно поучительный опыт иллюстрирует рассматри-
159
риваемое явление .
Как известно, современные источники УКВ-излучения испускают линейно поляризованные волны. На пути волны, испускаемой клистроном (к а 3 см), ставится небольшая картонная коробка, заполненная хаотически расположенными отрезками спирали из медной изолированной проволоки (диаметр 4—5 мм, длина каждого отрезка около 10 мм). Рупор приемника излучения составляет угол п/2 с рупором излучателя, и до введения коробки, наполненной отрезками спиралей, сигнал не регистрируется («скрещенные» излучатель и приемник). Введение коробки приводит к появлению отчетливого сигнала (синусоида на экране осциллографа). Повернув рупор приемника на некоторый угол vj/, можно снова погасить этот сигнал. Так доказывается, что наблюдается именно вращение плоскости поляризации. Но, более того, в другую такую же картонную коробку набрасывают отрезки спирали совершенно тех же размеров, но намотанные в другую сторону (спирали намотаны на левый винт). Введение такой коробки между излучателем и приемником приводит к повороту плоскости поляризации на тот же угол ц/, но в другую сторону. Таким образом, в эксперименте моделируются правое и левое вращения плоскости поляризации двумя модификациями асимметричных молекул (стереоизомеров) одного и того же аморфного вещества.
§ 4.6. МЕХАНИЗМ МАГНИТНОГО ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ЭФФЕКТ ФАРДДЕЯ)
В рамках излагаемой теории можно исчерпывающе истолковать классические эксперименты Фарадея, впервые наблюдавшего вращение плоскости поляризации в оптически неактивном веществе, помещенном в продольное магнитное поле. Рассмотрим основные результаты таких экспериментов и объясним их с позиций электронной теории.
Опыт проводят по схеме, представленной на рис. 4.16 . Между скрещенными поляризаторами вводят оптически неактивное ве-
* См: Пеньков С.Н. и др. Лекционные демонстрации по оптике. Л., 1981.
4.15. Модельный опыт, иллюстрирующий вращение плоскости поляризации асимметричной молекулы
160
s*
I I 7 I. ,, ,
ЦсЗОсШООо1
I T 7/1/1/l/l/' I
i ' J _l ' _t a '
4.16. Схема опыта Фарадея по вращению плоскости поляризации в продольном магнитном поле
щество (например, стержень из стекла специального сорта — флинта), помещенное внутри катушки с большим количеством витков Т или между полюсами мощного магнита с просверленными наконечниками.
При включении электрического тока внутри катушки возникает продольное магнитное поле и на экране наблюдается светлое пятно — свет от внешнего источника S проходит через скрещенные поляризаторы. Вращением анализатора Р2 можно убедиться, что в данном случае действительно плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол ср. При повороте анализатора на угол ср свет не проходит через систему. Угол ср пропорционален напряженности магнитного поля Нвнеа1 и пути света I в исследуемом веществе:
ср = рНвнеш1. (4.34)
Коэффициент р называют постоянной Верде. Он не одинаков для разных оптических материалов и невелик. Поэтому требуются сильные поля, чтобы эффект был значителен. Обычно в качестве вращающего вещества используют специальные сорта стекла (например, тяжелый флинт, для которого р и 0,08 см^Э-1). Коэффициент р зависит от длины волны исследуемого света (р и 1Д2), поэтому для количественных измерений нужно мо-нохроматизировать излучение источника S с помощью какого-нибудь фильтра.
Важной особенностью эффекта является его малая инерционность (время установления меньше 10-9 с), а также независимость от направления луча. Отсюда следует, что угол вращения в данном веществе определяется направлением магнитного поля Нвнет. Последнее свойство (отличающее вращение в магнитном поле от естественного вращения) позволяет увеличить суммарный угол поворота плоскости поляризации системой отражений, на что указывал сам Фарадей (рис .4.17).
За последние годы этот эффект широко используется при решении различных задач, в
4.17. Усиление эффекта магнитного вращения плоскости поляризации при многократных отражениях
6—462
161
частности, связанных с лазерной техникой. Малая инерционность эффекта позволяет применять его для модуляции света, создания оптического затвора и т. д. Были найдены и синтезированы новые вещества с большим значением постоянной Верде. Большую роль эффект Фарадея играет при научных исследованиях .
При изучении явления следует иметь в виду, что в данном случае, как и в предыдущих задачах, нужно рассчитать действие электромагнитной волны на излучающий электрон. При изучении дисперсии вещества учитывалось лишь действие вектора Е, так как в формуле Лоренца f = gE [vH] второй член в
и/с раз меньше первого. Но при истолковании эффекта Фарадея необходимо учесть действие внешнего поля Нввеш, которое во много раз больше напряженности магнитного поля электромагнитной волны. Следовательно, [vHBBenI] пренебречь уже нельзя .
