17). Поляризация света при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенные лучи. Причина их возникновения. Одноосные и двуосные кристаллы.

Явление двойного лучеприломления наблюдается в анизотропных средах (анизотропной называется среда, физические свойства которой в разных направлениях различны). Анизотропной средой будут кристаллы кварца и исландского шпата.

Естественный луч АВ разделяется в кристалле на два луча: BD и ВС. Луч BD называется необыкновенным лучом (Е).

Показатель преломления кристалла ne для необыкновенного луча зависит от направления распространяющего луча, и, следовательно, в различных направлениях необыкновенный луч в кристалле распространяется с различными скоростями. Луч ВС называется необыкновенным лучом (О). Скорость его в кристалле не зависит от направления (Рис. 5).

Р ис.5

При прохождении света через все прозрачные кристаллы, за исключением принадлежащих к кубической системе, наблюдается явление, получившее название двойного лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два луча, распространяющиеся с разными скоростями и в различных направлениях. Кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением, подразделяются на одноосные и двуосные. У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Этот луч называется обыкновенным. Для другого луча, называемого необыкновенным, отношение синусов угла падения и угла преломления не остается постоянным при изменении угла падения. Кроме того, необыкновенный луч не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Примером одноосных кристаллов служат исландский шпат, кварц, турмалин. У двуосных кристаллов ( например, слюда, гипс) оба луча необыкновенные - показатели преломления для них зависят от направления в кристалле.

Обыкновенные и необыкновенные лучи

Волна, вступающая из изотропной среды в оптически анизотропную среду (из воздуха в кристалл), разделяется на две линейно поляризованные волны: обыкновенную, вектор напряженности электрического поля которой перпендикулярен плоскости главного сечения кристалла, в которой лежат оптическая ось кристалла и нормаль к фронту волны (волновой вектор К), и необыкновенную с вектором Е, лежащем в плоскости главного сечения кристалла.

К обеим волнам применимы законы отражения и преломления. Но в анизотропных средах они относятся к волновым нормалям (к волновым векторам К), а не к световым лучам (вектору S). Волновые нормали отраженной и обеих преломленных волн лежат в одной плоскости падения. Их направления подчиняются закону преломления:

Индексы o и e – относятся к обыкновенным и необыкновенным лучам соответственно; n – показатели преломления оптической среды. , (1.13)

nо и ne показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волн, из них nо не зависит, а ne зависит от угла падения света.

Если среда находится в кристаллическом состоянии, то ее частицы (атомы, молекулы или ионы) располагаются в строгом порядке, образуя кристаллическую решетку. Каждая частица находится в сильном взаимодействии с ближайшими соседями в решетке. Поэтому излучение вторичных волн частицами кристаллической среды зависит не только от электрических свойств самих частиц, но и от силового воздействия со стороны других частиц. Из сказанного ясно, что оптическая анизотропия кристалла может быть обусловлена как электрической анизотропией образующих его частиц, так и анизотропией поля сил взаимодействия между частицами. Характер этого поля, т.е. его изотропность или анизотропность, зависит от степени симметрии решетки кристалла.

Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием:1). одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.);

2). Электрического поля (эффект Кера; жидкости, аморфные тела, газы);

3). Магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).

В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением деформации, электрического или магнитного полей соответственно указанным выше воздействиям.

Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси:

(в случае деформации)

(в случае электрического поля);

(в случае магнитного поля).