Поляризация света
Свет по Максвеллу представляет собой электромагнитную волну -совокупность меняющихся взаимосвязанных электрического и магнитного полей. Напряженность электрического поля Е,
величина магнитной индукции В, направление распространения света ОХ перпендикулярны друг другу. В источнике света излучение его отдельными атомами происходит независимо друг от друга. Это приводит к тому, что плоскости колебания электрической и магнитной составляющей световой волны будут постоянно меняться. Такой свет называется естественным. Так как световое или зрительное ощущение вызывает электрическая составляющая электромагнитной световой волны, то, в дальнейшем, мы будем говорить только о ней.
Свет, колебания электрической составляющей в котором происходит в определенной плоскости, называется плоско поляризованным.
Плоскость электрической составляющей называется плоскостью колебания поляризованного луча, а плоскость магнитной составляющей, перпендикулярная ей, называется плоскостью поляризации.
Поляризацией света называется выделение из пучка естественного света лучей, колебания светового вектора которых лежат в одной плоскости.
Поляризацию можно наблюдать при отражении и преломлении света, а также при прохождении его через анизотропные среды.
Отраженный луч будет полностью поляризован, если тангенс угла падения будет равен относительному показателю преломления среды, от границы которой происходит отражение (закон Брюстера).
tg = n
Устройства, служащие для получения поляризованного света, называют поляризаторами, а устройства, позволяющие определить положение в пространстве плоскости колебаний поляризованного света, называются анализаторами. Поляризацию света можно получить при прохождении естественного света через кристалл исландского шпата. При падении естественного света на такой кристалл, имеет место явление двойного лучепреломления, которое заключается в разделении света на два световых пучка, идущих по несколько отличным направлениям. Один из них называется обыкновенным, а другой -необыкновенным.
Кристалл исландского шпата представляет собой прозрачный ромбоэдр, все плоскости которого параллелограммы с тупыми углами 102° и острыми -78°. В кристалле имеются две вершины, в которой сходятся три тупых угла.
Прямая, соединяющая эти вершины, называется кристаллографической осью, а любая прямая параллельная ей, называется оптической осью кристалла. В направлении оптической оси двойного лучепреломления не наблюдается. Плоскость, проведенная через падающий луч и оптическую ось, называется главным сечением кристалла.
Свойства обыкновенного и необыкновенного лучей
1. Обыкновенный луч подчиняется законам преломления естественного света.
2. Для него показатель преломления есть величина постоянная(nо=1,48).
3. Показатель преломления необыкновенного луча меняется в зависимости от его направления (nн =1,48 - 1,66).
4. Обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Отклонение необыкновенного луча происходит при нормальном падении света на грань кристалла.
Двойное лучепреломление происходит только в анизотропных средах. Анизотропными называются среды или вещества, свойства которых различны в различных направлениях. Анизотропия объясняется неодинаковым расстоянием между атомами кристаллической решетки в различных направлениях и их неодинаковым взаимодействием в различных направлениях. Двойное лучепреломление вызвано неодинаковой скоростью распространения световых волн в различных направлениях. В точке падения естественного света, образуется две световых волны. Одна распространяется в кристалле во всех направлениях с одинаковой скоростью - это обыкновенный луч (фронт волны сферической). В другой -скорость по направлению оптической оси кристалла одинакова со скоростью в первой волне, а по направлению, перпендикулярному оптической оси, - больше. Это необыкновенный луч (фронт волны имеет эллипсоидальную форму). Оптическая анизотропия наблюдается и у органических структур: например, у мышечных, соединительнотканных (коллагеновых) и нервных волокон. Исследование скелетного мышечного волокна в поляризованном свете показало, что более темные участки являются анизотропными и обладают свойством двойного лучепреломления, а более светлые участки являются изотропными. Поэтому скелетные мышцы называют поперечнополосатыми. Коллагеновые волокна целиком анизотропны, оптическая ось их расположена вдоль оси волокна. Нервные волокна сплошь анизотропны, их оптическая ось радиальна.
Для гистологических исследований применяются поляризационные микроскопы. Это биологический микроскоп, снабженный двумя поляризационными устройствами: одно расположено перед конденсором и служит поляризатором, второе – в тубусе между объективом и окуляром и служит анализатором. Предметный столик вращается вокруг продольной оси микроскопа на 360°.