БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (ПО)

мкм,и кристаллического кварца SiO ₂, прозрачного при l = 0,185-3,5 мкм.

 Трёхгранные призмы, из которых состоят однолучевые П. п., часто склеивают прозрачным веществом с преломления показателем (ПП) n,близким к среднему значению ПП обыкновенного ( n _o) и необыкновенного ( n _e) лучей. Клеющими веществами служат канадский бальзам, глицерин, касторовое и льняное масла и др. Во многих П. п. их части разделены не клеем, а воздушной прослойкой, что снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и даёт ряд преимуществ при работе в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Используют также прослойки из плавленого кварца. Применяют П. п., в которых кристаллическая пластинка вклеена между двумя призмами из стекла, ПП которого близок к большему ПП кристалла ( рис. 3 ). В таких П. п. проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. Для того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутреннее отражение, выбираются определённые значения преломляющих углов трёхгранных призм и, как правило, определённые ориентации оптических осей кристаллов, из которых они вырезаны. Такое отражение происходит, если углы падения лучей на П. п. не превышают некоторых предельных углов I ₁и I ₂(см., например, рис. 4 - П. п. Глана - Томсона). Сумма l ₁+ I ₂называется апертурой полной поляризации П. п.; её величина существенна при работе с П. п. в сходящихся пучках излучения.

  В П. п. со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча последний также вращается. От этого и некоторых иных недостатков таких П. п. свободны П. п. в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана - Томсона, Глана ( рис. 5 ), Глазебрука ( рис. 6 ), Франка - Риттера ( рис. 7 ) и пр.

  Из двухлучевых П. п. наиболее распространены П. п. Рошона, Сенармона, Волластона и некоторые др. ( рис. 8 ). Один из двух пропускаемых лучей в П. п. Рошона и Сенармона не меняет своего направления, другой (необыкновенный) отклоняется на угол q (его величина ~5-6°), сильно зависящий от длины волны света: q = ( n ₀- n _e) tga, где a - преломляющий угол трёхгранных призм. П. п. Волластона даёт удвоенный угол расхождения лучей 2q (около 10°), причём при перпендикулярном падении отклонения лучей симметричны; эта П. п. применяется в поляризационных фотометрах, спектрофотометрахи поляриметрах.Угол а в П. п. из исландского шпата близок к 30°, из кристаллического кварца - к 60°.

  Для П. п., как правило, характерны незначительная апертура полной поляризации, высокая стоимость и относительно большие размеры. Они требуют аккуратного обращения, но практически лишены хроматической аберрации,незаменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптического излучения и позволяют получать однородно поляризованные пучки, степень поляризации которых лишь на ~10 ^-5отличается от 1.

  Лит.см. при ст. Поляризационные приборы, Поляризация света.

  В. С. Запасский.

Рис. 5. Поляризационная призма Глана. А В - воздушный промежуток. Точки на обеих трёхгранных призмах указывают, что их оптические оси перпендикулярны плоскости рисунка. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1.

Рис. 2. Укороченная поляризационная призма Фуко с воздушным промежутком. Обозначения те же, что и на рис. 1.

Рис. 7. Поляризационная призма Франка - Риттера (клей - канадский бальзам): а - вид сбоку; б - вид по ходу луча. Оптические оси кристаллических прямоугольных призм направлены под углом 45° к плоскости рисунка а и под углом 90° к плоскости колебаний электрического вектора необыкновенного луча (его плоскости поляризации).

Рис. 4. Предельные углы падения I ₁и l ₂лучей на поляризационную призму Глана - Томсона. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1. Клеем служит канадский бальзам (апертура полной поляризации e = l ₁+ I ₂= 27,5°) или льняное масло (e = 41°). Угол a = 76,5°.

Рис. 1. Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания происходят в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка). O и е - обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч. Клей - канадский бальзам.

Рис. 8. Двухлучевые поляризационные призмы: а - призма Рошона; б - призма Сенармона; в - призма Волластона; г - призма из исландского шпата и стекла; д - Аббе. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости рисунка. Точки означают, что оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Стрелки и точки на лучах указывают направления колебаний электрического вектора.

Рис. 6. Поляризационная призма Глазебрука. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1. При склейке в плоскости АВ канадским бальзамом угол a = 12,1°, льняным маслом - 14°, глицерином - 17,3°. Оптические оси кристаллов обеих прямоугольных призм перпендикулярны плоскости рисунка (помечено точками).

Рис. 3. Линейный поляризатор (поляризационная призма) из стекла и исландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Поляризация

Поляриза'ция(франц. polarisation, первоисточник: греч. pуlos - ось, полюс) биоэлектоическая, возникновение двойного электрического слоя на границе между наружной средой и содержимым живой клетки; при этом наружная поверхность клетки в состоянии покоя заряжена положительно по отношению к её содержимому, имеющему отрицательный заряд.

  Постоянная биоэлектрическая П. обусловлена особенностями строения биологических мембран, а также неравномерным распределением неорганических ионов (в первую очередь К ⁺, Na ⁺, Cl ^-) в содержимом клетки и в окружающей её среде (электрохимические градиенты). Потенциал покоя-непосредственное следствие П. У-большинства живых клеток концентрация ионов К ⁺в протоплазме в 20-50 раз выше, чем во внеклеточной жидкости. Поверхностная мембрана этих клеток в состоянии покоя более проницаема для ионов К ⁺, чем для др. катионов. Поэтому ионы К ⁺, диффундируя из клетки наружу, приводят к накоплению избытка положительных зарядов на наружной стороне мембраны, на внутренней же образуется избыток отрицательных зарядов (см. Мембранная теория возбуждения ) .Для ионов Na ⁺, Ca ²⁺и Cl ^-мембрана в покое мало проницаема, но в активированном состоянии происходит избирательное повышение проницаемости для каких-либо из этих ионов, что приводит к изменению П. (см. Биоэлектрические потенциалы ) .Так, мембрана возбуждённого участка нерва становится на короткое время проницаемой для ионов Na ⁺, вход которых в клетку приводит к деполяризации мембраны. Если эта деполяризация достигает критического уровня, возникает потенциал действия.Нисходящая фаза потенциала действия, в течение которого П. мембраны возвращается к уровню покоя, называется фазой реполяризации мембраны. При увеличении потенциала покоя выше нормального уровня происходит гиперполяризация мембраны. Относительное постоянство уровня П. живой клетки обеспечивается постоянством электрохимических градиентов, что, в свою очередь, поддерживается работой ионных насосов (см. «Натриевый насос» ), затрачивающих энергию на противоградиентный перенос ионов через мембрану (см. Активный транспорт ионов ) .

  Лит.см. при ст. Биоэлектрические потенциалы, Мембранная теория возбуждения, Проницаемость биологических мембран.

  Л. Г. Магазаник.

Поляризация вакуума

Поляриза'ция ва'куумав квантовой теории поля, изменение в распределении виртуальных пар заряженных частиц-античастиц под воздействием электромагнитного поля. П. в., предсказанная квантовой электродинамикой,приводит к появлению эффектов, которые могут быть обнаружены на опыте: поправкам к значениям энергий электронов в атоме, поправкам к сечению упругого рассеяния на большие углы, ещё не наблюдённому рассеянию света на свете и кулоновском поле и т.п. См. Квантовая теория поля.

Поляризация волн

Поляриза'ция волн, нарушение осевой симметрии распределения возмущений (например, смещений и скоростей в механической волне или напряжённостей электрических и магнитных полей в электромагнитных волнах) в поперечной волне относительно направления её распространения; см. Волны.Наибольшее значение П. в. имеет в случае электромагнитных волн оптического диапазона. Подробнее см. Поляризация света.

Поляризация диэлектриков

Поляриза'ция диэле'ктриков, 1) смещение положительных и отрицательных электрических зарядов в диэлектриках в противоположные стороны. П. д. происходит под действием электрического поля или некоторых др. внешних факторов, например механических напряжений в пьезоэлектриках (см. Пьезоэлектричество ) .Возможна и спонтанная (самопроизвольная) П. д. у пироэлектриков,в частности у сегнетоэлектриков.

  2) Электрический дипольный момент единицы объёма диэлектрика.

Поляризация небесного свода

Поляриза'ция небе'сного сво'да, одно из оптических явлений атмосферы, наблюдаемое при безоблачной погоде днём, а также ночью при лунном свете. Заключается в том, что лучистый поток, поступающий на земную поверхность в виде рассеянного толщей воздуха света неба, частично поляризован (см. Поляризация света ) .П. н. с. была открыта французским учёным Д. Араго в 1809. Невооружённым глазом она не может быть замечена и обнаруживается при помощи полярископа (см. Поляризационные приборы ) .Поляризация в данной точке неба количественно характеризуется прежде всего двумя величинами: степенью поляризации, которая представляет собой отношение полностью поляризованного потока лучистой энергии ко всему потоку, поступающему от данного участка неба, и положением плоскости поляризации, определяемой двугранным углом, составляемым последней с плоскостью вертикала.Наиболее полно П. н. с. изучена для вертикала, проходящего через Солнце. Максимум степени поляризации, как правило, наблюдается в точке вертикала, отстоящей от солнечного диска на 90°, где доля поляризованных лучей может доходить до 85%, а плоскость поляризации совпадает с плоскостью вертикала. От этой точки П. н. с. уменьшается в обе стороны и достигает нуля в т. н. нейтральных точках неба - точках Араго и Бабине. П. н. с. имеет суточный и годовой ход и зависит от условий погоды, географического положения местности и др. факторов. Свет, рассеиваемый крупными частицами, совсем не поляризован, поэтому даже небольшая облачность сильно снижает П. н. с. Увеличение мутности атмосферы за счёт пыли, дыма, вулканического пепла и тому подобных примесей также влечёт за собой резкое снижение П. н. с., поэтому степень П. н. с. может служить косвенным признаком прозрачности атмосферы.

  Лит.:Соболев В. В., Рассеяние света в атмосферах планет, М., 1972.

Поляризация света

Поляриза'ция све'та, одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). П. с. называются также геометрические характеристики, которые отражают особенности этого неравноправия. Впервые понятие о П. с. было введено в оптику И. Ньютоном в 1704-06, хотя явления, обусловленные ею, изучались и ранее (открытие двойного лучепреломления в кристаллах Э. Бартолином в 1669 и его теоретическое рассмотрение Х. Гюйгенсом в 1678-90). Сам термин «П. с.» предложен в 1808 Э. Малюсом.С его именем и с именами Ж. Био,О. Френеля,Д. Араго,Д. Брюстера и др. связано начало широкого исследования эффектов, в основе которых лежит П. с.

  Существенное значение для понимания П. с. имело её проявление в эффекте интерференции света.Именно тот факт, что два световых луча, линейно поляризованных (см. ниже) под прямым углом друг к другу, при простейшей постановке опыта не интерферируют, явился решающим доказательством поперечности световых волн (Френель, Араго, Т. Юнг,1816-19). П. с. нашла естественное объяснение в электромагнитной теории света Дж. К. Максвелла (1865-73) (см. Оптика ) .

 Поперечность световых волн (как и любых др. электромагнитных волн ) выражается в том, что колеблющиеся в них векторы напряжённости электрического поляЕи напряжённости магнитного поляНперпендикулярны направлению распространения волны. Еи Нвыделяют (отсюда указанное выше неравноправие) определённые направления в пространстве, занятом волной. Кроме того, Еи Нпочти всегда (об исключениях см. ниже) взаимно перпендикулярны, поэтому для полного описания состояния П. с. требуется знать поведение лишь одного из них. Обычно для этой цели выбирают вектор Е.

 Световой импульс, испускаемый каким-либо отдельно взятым элементарным излучателем (атом, молекула) в единичном акте излучения, всегда поляризован полностью. Но макроскопические источники света состоят из огромного числа таких частиц-излучателей; пространственная ориентации векторов Е(и моменты актов излучения) световых импульсов отдельных частиц в большинстве случаев распределены хаотически (это не относится, например, к лазерам ) .Кроме того, поляризация меняется в результате процессов взаимодействия между частицами-излучателями. Поэтому в общем излучении подавляющего большинства источников направление Ене определено (оно непрерывно и беспорядочно меняется за чрезвычайно малые промежутки времени). Подобное излучение называется неполяризованным, или естественным, светом. Е,как и всякий вектор, всегда можно представить в виде суммы его проекций на 2 взаимно перпендикулярных направления (выбираемых в плоскости, поперечной направлению распространения света). В естественном свете разность фаз между такими проекциями непрерывно и хаотически меняется. В полностью поляризованном свете эта разность фаз строго постоянна, т. е. взаимно перпендикулярные компоненты Екогерентны (см. Когерентность ) .Создав определённые условия на пути распространения естественного света, можно выделить из него поляризованную (полностью или частично) составляющую. Кроме того, полная или частичная (о смысле этого понятия см. ниже) П. с. возникает в ряде природных процессов испускания света и его взаимодействия с веществом.

  Полную поляризацию монохроматического света характеризуют проекцией траектории конца вектора Е( рис. 1 ) в каждой точке луча на плоскость, перпендикулярную лучу. В самом общем случае т. н. эллиптической поляризации такая проекция - эллипс, что легко понять, учитывая постоянство разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами Еи одинаковость частоты их колебаний в монохроматической волне. Для полного описания эллиптической П. с. необходимо знать направление вращения Епо эллипсу (правое или левое), ориентацию осей эллипса и его эксцентриситет (см., например, рис. 2 , б, г, е) .Наибольший интерес представляют предельные случаи эллиптической П. с. - линейная П. с. (разность фаз 0, kp ,где k -целое число, рис. 2 , а и д) ,когда эллипс вырождается в отрезок прямой, и круговая, или циркулярна я, П. с. [разность фаз ±(2 k+ 1)p/2], при которой эллипс поляризации превращается в окружность. Определяя состояние линейно- или плоскополяризованного света, достаточно указать положение плоскости поляризации света, поляризованного по кругу,- направление вращения (правое - рис. 2 , в ,или левое). В сложных неоднородных световых волнах (например, в металлах или при полном внутреннем отражении ) мгновенные направления векторов Еи Нуже не связаны простым соотношением ортогональности, и для полного описания П. с. в таких волнах требуется знание поведения каждого из этих векторов по отдельности.

  Если фазовое соотношение между компонентами (проекциями) Еменяется за времена, много меньшие времени измерения П. с., нельзя говорить о полной П. с. Однако может случиться, что в составляющих пучок света монохроматических волнах Еменяется не совершенно хаотически, а между взаимно перпендикулярными компонентами Есуществует некоторый преимущественный фазовый сдвиг (фазовая корреляция), сохраняющийся в течение достаточно длительного времени. Физически это означает, что в поле световой волны амплитуда проекции Ена одно из взаимно перпендикулярных направлений всегда больше, чем на другое. Степень подобной фазовой корреляции в таком - частично поляризованном - свете описывают параметром р -степенью П. с. Так, если преимущественный фазовый сдвиг равен 0, свет частично линейно поляризован; ± p/2 - частично поляризован по кругу. Частично поляризованный свет можно рассматривать как «смесь» двух крайних видов - полностью поляризованного и естественного. Их соотношение и характеризуют параметром р,который часто (но не всегда) определяют как ,где индексы 1 и 2 относятся к интенсивностям Iсвета двух «ортогональных» поляризаций, например линейных во взаимно перпендикулярных плоскостях или соответствующих правой и левой круговым поляризациям; рможет меняться от 0 до 100%, отражая все количественные градации состояния П. с. (Следует иметь в виду, что свет, проявляющийся в одних опытах как неполяризованный, в других может оказаться полностью поляризованным - с П. с., меняющейся во времени, по сечению пучка или по спектру.)

  В квантовой оптике электромагнитное излучение рассматривают как поток фотонов (см. Излучение, Квантовая механика, Оптика) .Состояния П. с. с квантовой точки зрения определяются тем, каким моментом количества движения обладают фотоны в потоке. Так, фотоны с круговой поляризацией (правой или левой) обладают моментом, равным ± ( - Планка постоянная ) .Любое состояние П. с. может быть выражено всего через два т. н. базисных состояния. При описании П. с. выбор пары исходных базисных состояний неоднозначен - ими могут служить, например, любые две взаимно-ортогональные линейные П. с., правая и левая круговые П. с. и т.д., причём в каждом случае от одной пары базисных состояний можно по определённым правилам перейти к др. паре.

  Эта неоднозначность имеет в квантовом подходе принципиальный характер, однако «произвол» обычно ограничивают конкретные физические условия: наиболее удобно выбирать за базисную пару такие состояния П. с., которые преобладают в актах испускания фотонов элементарными излучателями либо определяют рассматриваемый процесс взаимодействия света и вещества. (Определение состояния П. с. на опыте осуществляется с помощью такого взаимодействия; по общим правилам квантовой механики подобный эксперимент всегда меняет - иногда пренебрежимо мало, иногда существенно - исходную П. с.) Базисные состояния и состояния, описываемые любой линейной комбинацией базисных (суперпозицией, см. Суперпозиции принцип ) ,называются чистыми. Они соответствуют полной П. с., со степенью П. с. 100%. Фотоны могут находиться не только в чистых, но и в т. н. смешанных состояниях, в которых степень их поляризации меньше 100% и может доходить до нуля (естественный свет). Смешанные состояния также выражаются через базисные, но более сложным образом, чем линейная суперпозиция (их называют некогерентной смесью чистых состояний). Взаимодействие света и вещества может в определённых условиях приводить к полному или частичному «выделению» чистых состояний из смешанных (за счёт упомянутого выше изменения П. с. при таком взаимодействии).

  Это явление используется для получения полностью поляризованного света или увеличения степени П. с. во многих поляризационных приборах.Если за базисные состояния П. с. выбраны две круговые (правая и левая) П. с., то при их наложении (когерентной суперпозиции) в равных долях наблюдается линейная П. с.; суперпозиции их в различных др. соотношениях дают эллиптические П. с. со всевозможными характеристиками. Через эти же базисные состояния могут быть выражены любые смешанные состояния. Т. о., тот или иной выбор всего двух базисных состояний даёт возможность описать все состояния П. с.

  Эксперименты подтверждают теоретический вывод о том, что каждый фотон, поляризованный по кругу, обладает моментом количества движения = h/2p (см. Оптическая ориентация, Садовского эффект) .Характер поляризации фотонов определяется законом сохранения момента количества движения системы элементарный излучатель - испущенный фотон (при условии, что взаимодействием отдельных излучателей между собой можно пренебречь).

  Кроме особенностей элементарных актов излучения, к частичной (а иногда и полной) П. с. приводит множество физических процессов. К ним относятся, например, отражение света и преломление света,при которых П. с. обусловлена различием оптических характеристик границы раздела двух сред для компонент светового пучка, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости падения (см. Брюстера закон ) .Свет может поляризоваться при прохождении через среды, обладающие естественной или вызванной внешними воздействиями (индуцированной) оптической анизотропией (вследствие неодинаковости коэффициентов поглощения света при различных состояниях П. с., например при правой и левой круговых П. с. - т. н. круговой дихроизм, являющийся частным случаем плеохроизма;вследствие различия преломления показателей среды для лучей различных линейных поляризаций - двойного лучепреломления,см. также Кристаллооптика) .Очень часто полностью поляризовано излучение лазеров;одной из основных (но не единственной!) причин П. с. в лазерах является специфический характер вынужденного излучения,при котором поляризации испускаемого фотона и фотона, вызвавшего акт испускания, абсолютно тождественны; т. о. при лавинообразном умножении числа испускаемых фотонов в лазерном импульсе их поляризации могут быть совершенно одинаковыми. П. с. возникает при резонансном излучении в парах, жидкостях и твёрдых телах. П. с. при рассеянии света столь характерна, что её исследование - один из основных способов изучения как особенностей и условий самого рассеяния, так и свойств рассеивающих центров, в частности их структуры и взаимодействия между собой (см., например, Атмосферная оптика , Комбинационное рассеяние света , Поляризация небесного свода ) .(При рассеянии поляризованного света происходит и его деполяризация - уменьшение степени П. с.) В определённых условиях сильно поляризовано люминесцентное свечение (см. Люминесценция ) ,особенно при возбуждении его поляризованным светом. П. с. весьма чувствительна к величине напряжённости и ориентации электрических и магнитных полей; в сильных полях компоненты, на которые расщепляются спектральные линии испускания, поглощения и люминесценции газообразных и конденсированных систем,оказываются поляризованными (см. Зеемана эффект. Магнитооптика, Штарка эффект) .

 Одним из эффектов интерференции поляризованных лучей света является хроматическая П. с.

  Характерная для всех интерференционных явлений зависимость от длины волны («цвета») излучения приводит при этой «П. с.» (как показывает само название) к окрашиванию интерференционной картины, если исходный поток был белым светом.Обычная схема получения картины хроматической П. с. в параллельных лучах приведена на рис. 3 . В зависимости от разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей, приобретаемой в двулучепреломляющей пластинке, наблюдатель видит эту пластинку (в свете, выходящем из анализатора) тёмной или светлой в монохроматическом свете либо окрашенной - в белом. Если пластинка неоднородна по толщине или по показателю преломления, её участки, в которых эти параметры одинаковы, видны соответственно одинаково тёмными или светлыми либо одинаково окрашенными. Линии одинаковой цветности называют изохромами. Схема для наблюдения хроматической П. с. в сходящихся лучах показана на рис. 4 , а получаемые при этом картины - на рис. 5 .

  На многих из перечисленных явлений основаны принципы действия разнообразных поляризационных приборов,с помощью которых не только анализируют состояние П. с., испускаемого внешними источниками, но и получают требуемую П. с. и преобразуют одни её виды в другие.