Техника микрофотографии в поляризованном свете

ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ

 В 1669 г. датский ученый Эразм Бартолин опубликовал работу, в которой сообщил об открытии нового физического явления - двойного преломления света. Рассматривая преломление света в кристалле исландского шпата (СаСОз), Бартолин к своему большому удивлению обнаружил, что луч внутри кристалла расщепляется на два луча (рис. 1). Один из лучей вел себя согласно известному закону преломления света, а второй совершенно необычно. Поэтому Бартолин первый луч назвал обыкновенным, а второй необыкновенным.

Кроме того, Бартолин обнаружил, что луч света, падая в определенном направлении в кристалле исландского шпата, не раздваивается.

Объяснение этого явления дал современник Бартолина - голландский ученый Христиан Гюйгенс. Он показал, что необычное поведение луча света, проходящего через исландский шпат, связано с анизотропией кристалла. Направление, вдоль которого падающий луч не раздваивается, Гюйгенс назвал оптической осью, и кристаллы, имеющие одну оптическую ось, - одноосными кристаллами. Одноосным кристаллом и оказался исландский шпат. Оптические свойства одноосного кристалла одинаковы вдоль всех направлений, образующих один и тот же угол с оптической осью. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением кристалла. Существуют кристаллы, у которых имеются две оптические оси. Такие кристаллы называют двухосными.

        В своей книге «Трактат о свете», изданной в Лейдене в 1690 г., Гюйгенс подробно объяснил явление двойного преломления света. У Гюйгенса возник интересный вопрос: что будет, если два световых луча, вышедших из кристалла исландского шпата, вновь пропустить через такой же кристалл? По его рассуждениям, выходило, что должна наблюдаться картина, показанная на рисунке 2. Однако так было не всегда. Гюйгенс понял, что результат его эксперимента зависел от расположения главных сечений обоих кристаллов.

Вращая два кристалла относительно друг друга, Гюйгенс видел, что меняется интенсивность обыкновенного и необыкновенного луча в нижнем кристалле. Результаты своих опытов он объяснить не сумел, хотя и предположил, что прошедшие через кристалл световые волны приобрели известную форму или расположение.

Благодаря исследованиям Гюйгенс подошел к открытию явления поляризации света, однако решающего шага он сделать не смог, поскольку световые волны в его теории предполагались продольными. Для объяснения опытов Гюйгенса И. Ньютон, придерживающийся корпускулярной теории света, выдвинул идею об отсутствии осевой симметрии светового луча и этим сделал важный шаг к пониманию поляризации света.  Луч, вышедший из кристалла, имеет только одно определенное направление колебания. В таком случае свет называется  плоско или линейно поляризованным.  

Плоскость, в которой происходят такие колебания, получила название плоскости поляризации. Устройство, благодаря которому свет поляризуется, - поляризатор.

Математическую теорию двойного лучепреломления предложил французский инженер Малюс. В 1810 г. он сформулировал закон, который носит его имя. Пусть поляризованный луч падает на поляризатор. Если два поляризатора будут скрещены, т. е. плоскости поляризации их расположены под прямым углом друг к другу, то свет через второй поляризатор проходить не будет. (В этом случае второй поляризатор называют анализатором.) Это очень важное следствие закона Малюса, с помощью его можно определить направление плоскости поляризации поляроида.

Для получения поляризованного света используются различные конструкции, выполненные из кристаллов, например поляроидные пленки.