84

4.3. Оптическая анизотропия

4.3.1. Естественная анизотропия

Оптической анизотропией называется зависимость оптических характеристик среды (показателя преломления, скорости распространения волны) от направления. Существует анизотропия двух видов: естественная и искусственная. Естественной анизотропией обладают кристаллические среды. Искусственная или наведенная анизотропия возникает в ранее изотропной среде под действием внешних воздействий, например, электрического поля, механических напряжений и т.п.

Поместим в произвольную точку анизотропной среды точечный источник света. Зависимость скорости распространения волны от направления можно представить в сферических координатах в виде замкнутой поверхности, которая в общем случае представляет собой эллипсоид и называется лучевой поверхностью (рис.4.8а).

Аналогичный вид имеет поверхность, иллюстрирующая зависимость от направления величины, обратной показателю преломления (т.е. 1/n), (рис.4.8б). Значения показателя преломления в направлениях, совпадающих с осями эллипсоида, называются главными значениями показателя преломления.

Отметим, что точно такой же вид имеет поверхность, определяющаяся обратными скоростями:

.

Такая поверхность называется эллипсоидом волновых нормалей.

4.3.2. Двойное лучепреломление. Построения Гюйгенса

Явление двойного лучепреломления заключается в том, что при падении световой волны на кристалл в нем возникает две волны, которые распространяются в общем случае в различных направлениях и с различными скоростями. Одна из них подчиняется законам геометрической оптики и называется обыкновенной. Для другой, называемой необыкновенной, законы геометрической оптики не выполняются. В дальнейшем все величины, относящиеся к обыкновенной волне, будем обозначать индексом "о" (от слова ordinary), к необыкновенной - индексом "е" (от слова extraordinary).

Необходимо помнить, что в кристалле наблюдаемым на опыте направлением является направление, называемое лучом, которое совпадает с направлением переноса энергии (вектором Пойнтинга). В общем случае направление луча может не совпадать с направлением вдоль волнового вектора.

В кристаллах существует направление (в простейшем случае одно), называемое оптической осью, в котором скорости обыкновенной и необыкновенной волн одинаковы. Плоскость, в которой лежат оптическая ось одноосного анизотропного кристалла и волновой вектор световой волны, называется главной плоскостью или главным сечением кристалла.

Обыкновенная и необыкновенная волны поляризованы в двух взаимно перпендикулярных направлениях: вектор необыкновенной волны лежит в главной плоскости, векторобыкновенной волны перпендикулярен главной плоскости.

Если кристалл вырезан так, что его оптическая ось параллельна поверхности, а волна падает на кристалл нормально, то разделение падающей волны на обыкновенную и необыкновенную происходит, но обе они распространяются в одном направлении с разными скоростями. Суперпозиция обыкновенной и необыкновенной волн в этом случае может дать, в зависимости от разности фаз волну эллиптической, циркулярной или линейной поляризации (см. п.4.1.4).