Оптическая активность, Дихроизм,
применение поляризованного света
Оптическая активность
Продолжим изучение взаимодействия поляризованного света с анизотропными
средами. Направим теперь луч не перпендикулярно, а вдоль оптической оси
кристалла. Как известно, двулучепреломление в этом случае отсутствует.
Его заменяет другое свойство анизотропной среды - оптическая активность.
В чем она проявляется? Оптически активная среда поворачивает вектор
поляризации излучения. Особенно это заметно у кварца. В ультрафиолетовой
области (УФ) кварцевая пластина толщиной 1 мм повернет вектор
поляризации более чем на 200°. С ростом длины волны излучения эта
способность снижается и у крайней границы видимого спектра не превышает
13°. Именно в опытах с кварцем в 1811 г. Арго впервые заметил проявление
оптической активности. А несколько лет спустя Био показал, что это
явление присуще не только кристаллам, но и органическим соединениям, их
растворам, жидкостям и их парам. Даже знакомые нам с детства сахарные
леденцы способны повернуть вектор поляризации излучения.
Оптическая активность не зависит от агрегатного состояния вещества. Так,
вектор поляризации одинаково вращается жидким скипидаром и его парами.
Но, как свидетельствуют опыты с кварцем, она не безразлична к длине
волны излучения. Чем толще слой активного вещества, тем сильнее он
повернет вектор поляризации. Растворим активное вещество в неактивном
растворителе. Поворот вектора теперь будет зависеть еще от одного
фактора - концентрации раствора.
Долгое время считали, что каждое вещество вращает вектор поляризации в
одном направлении: либо по часовой стрелке, либо против нее. Пастер
доказал, что это не так. В природе активные вещества существуют в двух
видах. Возьмем, к примеру, кристаллический кварц. В одних месторождениях
добывают правовращающий кварц, а в других - левовращающий. Оптическая
активность их одинакова, но вектор поляризации излучения они вращают в
разные стороны. Разгадку этого необычного явления следует искать в
структуре кристалла. Право- и левовра-щающие кристаллы имеют
зеркально-симметричные кристаллические решетки. В аморфных веществах
зеркально-симметричной является структура молекул.
Не все вещества в природе оптически активны. Но можно создать такие
условия, при которых неактивные вещества становятся активными. Например,
если поместить их в магнитное поле. Интересна одна особенность
магнитоактивных сред: от их свойств не зависит направление вращения
вектора поляризации проходящего света. Только ориентация магнитного поля
определяет направление вращения. Этим магнитоактивные среды отличаются
от естественно активных. Чем больше напряженность магнитного поля, а
слой вещества толще, тем сильнее вращается вектор поляризации. В
принципе, это свойство проявляется в любом диэлектрике, пропускающем
свет. Наиболее заметно оно в синтетических кристаллах: феррогранатах и
ортоферритах. Его можно наблюдать и в тонких пленках железа, никеля,
кобальта. Впервые магнитооптическое вращение описал Фарадей. Благодарные
потомки его именем назвали модулятор, который управляет поляризацией
света с помощью переменного магнитного поля.
Дихроизм
Помимо вращения плоскости поляризации, оптическая активность веществ
проявляется в круговом дихроизме - способности вещества по-разному
поглощать свет, поляризованный по правому и левому кругу. В сущности
вращательная способность вещества и дихроизм - это две стороны одного и
того же явления, а именно: взаимодействия световой волны с асимметричной
молекулярной структурой. Оптическая активность и дихроизм дают
достаточно полную информацию о конфигурации молекул активных веществ, о
пространственном расположении атомов в молекулах, которая особенно важна
при синтезе новых веществ.
Казалось бы, что все тайны анизотропных сред уже раскрыты. Но совсем
недавно, в 60-х гг., ученые Львовского университета обнаружили необычное
явление: оптическая активность многих кристаллов возрастает под
воздействием электрического поля. Сейчас эту особенность пытаются
использовать для управления поляризацией света, созданы первые
модуляторы на основе этого эффекта.
Применение поляризованного света
Итак, поляризованный свет по-разному ведет себя в средах. Но как
заставить его служить человеку? Заметим, что в физике, химии он
применяется гораздо чаще, чем естественный. Работать с ним во многих
отношениях легче: эксперимент оказывается совершенней, а математическая
обработка полученных результатов проще. Поляризационные устройства и
приборы отличаются высокой точностью и позволяют сравнительно просто
автоматизировать процесс измерения. С появлением лазеров был сделан
новый шаг в развитии поляризационного приборостроения.
Рассмотрим несколько примеров и, в первую очередь, устройство, с помощью
которого обычный естественный свет превращается в поляризованный. Такое
устройство называется поляризатором.