Свет — мое призвание

Одно из фундаментальных свойств оптического излучения — поляризация света. Этот термин был введен в науку еще в 1808 году французским физиком Этьенном Луи Малюсом. Самим же понятием поляризации света мы обязаны Исааку Ньютону, который в своих выводах опирался на работы датского математика и медика Эразма Бертолина, открывшего в 1609 году явление двойного лучепреломления в кристаллах, и нидерландского оптика Христиана Гюйгенса, пытавшегося теоретически объяснить это явление.

Сущность поляризации света состоит в неравноправии различных колебаний в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения светового луча. Если такого неравноправия нет, свет называется неполяризованным, или естественным. Это один крайний случай. Другой — когда в этой плоскости колебания совершаются лишь в одном направлении. Такой свет носит название линейнополяризованного. Промежуточные случаи, наиболее часто встречающиеся в практике, соответствуют частично поляризованному свету. Поляризация света может быть описана количественно c помощью характеристики, носящей название степени поляризации света. Ее величина способна меняться в пределах от 0 (естественный свет) до 100 процентов (линейно-поляризованный свет).

При изучении явлений люминесценции поляризацию света долгое время никто не наблюдал. Лишь в 1920 году немецкий физик Фриц Вейгерт сообщил, что ему удалось обнаружить поляризованную люминесценцию некоторых растворов красителей. Это сообщение привлекло внимание С. И. Вавилова, и в 1921 году он вместе с В. Л. Левшиным начал изучение поляризованной люминесценции. Впоследствии Вадим Леонидович вспоминал, что по поводу полученных результатов у них с Сергеем Ивановичем нередко разгорались жаркие споры.

В 1923 году на примере растворов двадцати шести красителей исследователи подтвердили существование поляризованной люминесценции. Была установлена количественная зависимость степени поляризации свечения от вязкости раствора. С. И. Вавилов и В. Л. Левшин показали, что максимальное значение степени поляризации, получившее название предельной степени поляризации, характерно для каждого вещества и обычно не превышает 40 процентов. Они установили, что поляризованную люминесценцию можно наблюдать не только при возбуждении свечения линейно-поляризованным светом — она может возникать и при возбуждении свечения неполяризованными лучами.

Была выведена формула, связывающая степень поляризации при возбуждении свечения естественным светом с ее величиной, наблюдаемой при возбуждении люминесценции линейно-поляризованным светом. Формула Вавилова — Левшина, многократно подтвержденная в опытах, позволяет, в зависимости от требуемых условий эксперимента, осуществлять возбуждение свечения как естественным, так и поляризованным светом, что существенно расширяет возможности экспериментов.

Вавилов и Левшин теоретически рассмотрели простейшие случаи возникновения поляризованной люминесценции, предположив, что поглощение и испускание света в молекуле можно описать, уподобив ее электрическому диполю — совокупности двух одинаковых по величине и противоположных по знаку электрических зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, малом по сравнению с расстоянием этих зарядов от исследуемых точек поля. Считалось, что диполи, ответственные за поглощение и излучение, совпадают между собой. Исходя из этих представлений, для случая равномерно распределенных в пространстве диполей была получена степень поляризации, равная 50 процентам. Это значение оказалось близким к величине предельной степени поляризации у ряда веществ.

В 1924 году В. Л. Левшин обнаружил, что величина предельной степени поляризации сильно зависит от длины волны возбуждающего света. Однако несовершенное оборудование не позволило изучить эту важную закономерность. Через пять лет С. И. Вавилов получил возможность на более высоком экспериментальном уровне исследовать это явление. Он использовал те же разведенные глицериновые (10e-5 грамм на кубический сантиметр) растворы красителей, что и В. Л. Левшин. В качестве источников света в интервале от 540 до 253 нанометров применялась ртутно-кварцевая лампа, а в интервале от 250 до 200 нанометров — дуговая угольная лампа. Отдельные волны выделялись с помощью кварцевого монохроматора.

Тщательные измерения в широком спектральном диапазоне привели С. И. Вавилова к открытию важной зависимости предельной степени поляризации от длины волны возбуждающего света. Сергей Иванович показал, что величина степени поляризации очень сильно меняется при изменении длины волны возбуждающего света и в ряде случаев может принимать отрицательные значения. Оказалось, что эта зависимость характерна для каждого люминесцирующего вещества. Это позволило Вавилову ввести в учение о люминесценции новую оптическую характеристику люминесцирующих соединений, которую он назвал поляризационным спектром. Ныне поляризационные спектры наряду со спектрами поглощения и люминесценции широко используются при изучении свойств люминесцирующих веществ.