1. Естественный и поляризованный свет

Световая волна, испускаемая источником света, представля­ет собой наложение цугов электромагнитных волн, испускаемых отдельными атомами светящегося тела. Процесс излучения состав­ляет ~ 10^-8с. За это время атом и спускает обрывок синусоидальной волны длиной , который и называют цугом волн. Из-за хаотичности излучения отдельных атомов вектора напряженностей Е и Н отдельных цугов ориентированы произвольно. Так что в испускаемом световом луче имеются всевозможные направления этих векторов (Рис. 31.1). Такой свет называют естественным. Можно однако получить све­товой луч, в котором вектор Е совершает колебания в задан­ном направлении. Такой свет называют поляризованным, а про­цесс его получения - поляризацией. Если световой вектор колеблется вдоль одного направления, то свет называют плоско или линейно поляризованным, если конец светового вектора опи­сывает эллипс или окружность - то эллиптически или циркулярно поляризованным.

Плоскость, в которой колеблется вектор Е , называют плоскостью колебаний, а перпендикулярная ей плоскость (где колеблется вектор Н ) - плоскостью поляризации.

2. Поляризация света при прохождении через кристаллы

Если создать условия, при которых векторы Е в луче ес­тественного света могли бы совершать колебания вдоль одного направления, то свет можно поляризовать. Такие условия могут быть созданы при прохождении естественного света через анизот­ропную в отношении электрических колебаний среду. Такой с редой является кристалл, где анизотропия свойств его объясняется наличием кристаллической решетки, в которой число частиц, приходящееся на одинаковые по длине, но различные по направлению отрезки различное (Рис. 31.2). Переменное электрическое поле световой волны вызывает перемен­ное смещение атомов и ионов решетки, на что затрачивается опре­деленная часть энергии волны. Однако из-за различного числа час­тиц по разным направлениям разные составляющие Е световой волны теряют различную энергию.

Ясно, что те составляющие Е световой волны, которые распространяются в плоскостях, соответствующих большему числу частиц, могут быть полностью поглощены кристаллом, и на выходе из него получается поляризованный свет с направлением колебаний Е, соответствующих минимальному числу частиц в решетке кристалла.

В действительности из-за сложной структуры кристалла процесс поляризации является более сложным, и из естественного луча образуется не один, а два луча, поляризованных во вза­имно перпендикулярных плоскостях Эти лучи имеют разные ско­рости распространения во всех направлениях, кроме одного, которое называют оптической осью. Один из лучей - обыкновенный (о), распространяется во всех направлениях с одинаковой ско­ростью, а колебания у н его вектора Е всегда перпендикулярны оптической оси. Для другого - необыкновенного луча Е колеблется в плоскости главного сечения кристалла - плоскости, содержащей луч и оптическую ось (Рис. 31.3). Описанное явле­ние называют двойным лучепрелом­лением. Оно впервые наблюдалось на кристалле исландского шпата (кальцит) в 1670г. Бартолини. Таким свойством обладают также кварц, турмалин, лед, слюда и другие кристаллы.

Для обыкновенного и необыкновенного лучей существует свой показатель преломления: ; . Если V₀>V_e, то соответствующий кристалл называют положительным (кварц), если V₀<V_e, то кристалл отрицательный (кальцит).