Интерференция Лазерное излучение Дифракция Френеля Геометрическая оптика Дисперсия света Естественный и поляризованный свет Искусственная анизотропия Элементарная квантовая теория

Магнитное вращение плоскости поляризации

Оптически неактивные вещества в магнитном поле становятся оптически активными и вращают плоскость поляризации света, распространяющегося в веществе вдоль силовых линий напряженности магнитного поля. Этот эффект называют эффектом Фарадея (1846 год).

Схема наблюдения эффекта Фарадея изображена на Рис. 9.12.

Угол поворота плоскости поляризации определяется соотношением

φ = V H ℓ , (9.25)

где V – постоянная Верде, характеризующая свойства вещества и зависящая от частоты света (дисперсия) и температуры,

Н – напряженность продольного магнитного поля и ℓ - длина пути светового пучка в веществе.

Направление вращения связано только с направлением магнитного поля . От направления луча поворот плоскости поляризации не зависит (!). Эффект можно накопить (в отличие от естественного вращения), т.е. при отражении луча зеркалом и возвращении его в исходную точку поворот плоскости поляризации удваивается. Это свойство позволяет увеличить угол поворота увеличением длины пути света в веществе за счет многократных отражений от посеребренных поверхностей образца.

Знак вращения принято определять по отношению к направлению магнитного поля . Для большинства веществ вращение происходит вправо (правый винт вдоль вектора ). Такие вещества называют положительными, к ним относятся все диамагнетики.

Имеются и отрицательные вещества, которые обязательно содержат парамагнитные атомы. Углы поворота φ невелики. Для большинства твердых тел при напряженности порядка 106 А/м и ℓ ~ 10 см угол поворота составляет 1÷2º, для газов значительно меньше.

Явление Зеемана

Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал, что испускание света атомом связано с движением его электронов, а позднее дал возможность детально и с высокой точностью проверить правильность квантовой механики – основы современной атомной теории. В 1896 г. голландский физик Зееман обнаружил, что спектральные линии веществ расщепляются, если источник света помещен в магнитное поле. Зееман исследовал зелено-голубую линию кадмия в магнитном поле с напряженностью (1,0 – 1,5)Гс. Руководитель Зеемана великий голландский физик Лоренц, успешно развивавший в то время электронную теорию электромагнетизма в веществе, сразу же дал теоретическое объяснение эффекта, тем самым, создав теоретическую основу дальнейших исследований.

Схема экспериментальной установки Зеемана изображена на рисунке 9.14. Источник света с линейчатым спектром помещен между полюсами электромагнита. Исследуемый свет попадает на вход спектрографа или спектроскопа с высокой разрешающей силой (порядка и выше). Николии пластинка используются для исследования поляризации излучаемого света. Для исследования излучения атомов необходимо использовать вещество в парообразном агрегатном состоянии, когда каждый атом в основном свободен от внешних межатомных взаимодействий, исключая редкие соударения, поэтому в качестве источника света используется газоразрядная трубка или вакуумная дуга. Любое другое агрегатное состояние недопустимо, так как в этом случае будет исследоваться атом в связанном состоянии, а не спектр изолированного атома.

При наблюдении излучения перпендикулярно линиям магнитного поля каждая спектральная линия расщепляется на три линейно поляризованные компоненты. Средняя компонента не смещена, крайние смещены симметрично в противоположные стороны на одинаковые расстояния в шкале частот. Смещение пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, вызывающего расщепление. В средней компоненте поляризация направлена параллельно магнитному полю (так называемая - компонента), в крайних – перпендикулярно полю (-компоненты). Интенсивность - компоненты составляет половину от интенсивности исходной линии, каждая из - компонент имеет интенсивность, составляющую одну четвертую исходной. На рисунке 9.15 приведено схематическое изображение спектральной картины, причем высота линий показывает в линейном масштабе интенсивность спектральных линий: а – спектральная линия в отсутствие магнитного поля, б – поперечный эффект, в –

 

продольный эффект. При наблюдении вдоль магнитного поля несмещенная компонента отсутствует, а две симметрично расположенные в шкале частот,- компоненты имеют интенсивность вдвое меньшую интенсивности исходной спектральной линии. Обе компоненты поляризованы по кругу в противоположных направлениях, причем в случае распространения света вдоль направления магнитного поля компонента с меньшей частотой (- компонента) поляризована по правому, а с большей (- компонента) по левому кругу. При изменении направления магнитного поля на противоположное, то есть в случае распространения луча против направления магнитного поля, на противоположное меняется и круговая поляризация обеих компонент. В этом случае принято говорить, что в продольном эффекте Зеемана - компонента поляризована по правому кругу по отношению к направлению магнитного поля независимо от направления распространения луча, т.е. круговая поляризация - компоненты соответствует правому винту, где за направление движения винта принимается направление линий магнитного поля.

Интерференционные светофильтры. Многолучевую интерференцию можно осуществить в многослойной системе чередующихся пленок с разными показателями преломления (но одинаковой оптической толщиной, равной ). При прохождении света возникает большое число отраженных интерферирующих лучей, которые при оптической толщине пленок будут взаимно усиливаться, т.е. коэффициент отражения возрастает. Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров.
Приложения определенного интеграла