Мастерская по изготовлению фильтров

Интересные эффекты в холестериках дает взаимодействие поляризованного света с холестерической спиралью. Вращение плоскости поляризации света в холестериках можно так же, как в кварце, объяснить с помощью гипотезы Френеля. Пусть на пленку холестерика с большим шагом спирали вертикально падает свет.

Поляризованный свет направлен вдоль оптической оси холестерика на верхней поверхности пленки. (Напомним, что оптическая ось холестерика совпадает с направлением длинных молекулярных осей в слое.) Так как электроны легче всего смещаются вдоль длинных осей молекул, то поляризованный свет параллелен оптической оси холестерика в любой точке спирали. Таким образом, пройдя всю толщину пленки, свет оказывается линейно- прляризованным так, как направлена оптическая ось на нижней поверхности пленки.

Скорости световых лучей с разной циркулярной поляризацией немного отличаются. Луч с левой поляризацией в правой холестерической спирали имеет большую скорость, чем луч с правой поляризацией. Причина заключается в том, что в одном луче колебания электронов вдоль оптических осей немного увеличивают скорость распространения волны с круговой поляризацией, а в другом — уменьшают.

Чем больше толщина пленки, тем на больший угол повернутся векторы напряженности электрического поля в обеих волнах, но при этом возрастает и отставание одной волны от другой. Поэтому угол прямо пропорционален толщине пленки.

Угол поворота плоскости поляризации при прохождении света пленки толщиной 1 см в кварце составляет около 300°. В обычных холестериках такой угол порядка 105°. Это говорит о том, как угол поворота плоскости поляризации зависит от шага холестерической спирали.

Явление вращения плоскости поляризации называют оптической активностью вещества. Она используется в различных оптических приборах для точного измерения абсолютных показателей преломления в данной среде. Это явление очень чувствительно к любым изменениям строения вещества независимо от причин, вызвавших их.

Совершенно необычно ведет себя холестерик, когда на него падает свет с длиной волны , равной длине волны селективного отражения света.

Пусть на планарную текстуру холестерика с левой спиралью падает свет. Длина волны и шаг спирали равные. Если падающая волна правополяризованная, то левый холестерик пропустит через себя эту волну. Объясняется это тем, что по мере прохождения волны в глубь пленки направление колебания вектора напряженности будет совпадать с направлением директора и директор будет «указывать» вектору путь беспрепятственного прохождения через холестерик.

Если же на левую спираль будет падать свет с левой поляризацией, то в холестерике не будет никакой согласованности между и директором и свет через холестерик не пройдет. Таким образом, левая спираль пропускает правополяризованный свет и отражает левополяризованный, и наоборот.

Природа создала простейший способ получения циркулярно-поляризованного света — это опять холестерик. Если его осветить естественным, неполяризованным светом, то холестерическая спираль пропустит 50% света, причем на выходе свет будет циркулярно-поляризован. Знак поляризации будет противоположен знаку спирали. Оставшиеся 50% света холестерик отразит, «присвоив» ему круговую поляризацию того же знака, что и спираль.

Экспериментальные исследования показали, что с увеличением длины волны угол поворота плоскости поляризации увеличивается, достигает максимального значения, затем уменьшается. При длине волны селективного отражения холестерик не вращает плоскость поляризации. При дальнейшем увеличении длины волны опять возникает оптическая активность, но противоположного знака.

То, что оптическая активность света при длине волны селективного отражения равна нулю, объясняется довольно просто. При этой длине волны в холестерике распространяется только одна циркулярно-поляризованная волна, противоположная знаку спирали (циркулярно-поляризованная волна того же знака отражается). Для образования линейно-поляризованной волны, как уже говорилось, необходимо две волны. Поэтому оптическая активность при этой длине волны равна нулю.

Используя необыкновенные и замечательные поляризационные свойства холестериков, можно изготовить различные «хитрые» фильтры. Можно сделать фильтр, который пропустит только одну длину волны или поглотит одну или несколько длин волн. Короче говоря, имея набор холестериков с различными длинами волн, можно открыть «мастерскую» по изготовлению самых «разнообразных» фильтров. А если вспомнить, что эту длину волны можно менять различными внешними воздействиями, то появляется возможность создания управляемых фильтров.

Такой неполный перечень интереснейших свойств и применений холестерических жидких кристаллов говорит о том, что они становятся действенным помощником ускорения научно-технического прогресса.