9

Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

Кафедра фізики і хімії

Лабораторна робота № 6. 4

ШТУЧНА ПОДВІЙНА ПРОМЕНЕЗАЛОМЛЕННЯ

(Учбово-методичний посібник)

Переробив доц. Горюк А.А.

Затверджено на засіданні кафедри 20 січня 2000 р., протокол № 6

Одеса - 2000

1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Вихідні положення хвильової оптики

1. Електричні і магнітні поля, перемінні в часі , що поширюються в просторі , являють собою електромагнітні хвилі. На мал. 1 схематично показана електромагнітна хвиля, що поширюється в позитивному напрямку осі абсцис; E і H - відповідно вектори напруженості електричного і магнітного полів електромагнітної хвилі. Як видно з рис. 1, електромагнітні хвилі відносяться до класу поперечних хвиль, оскільки в них напрямки коливань векторів E і H нормальні відносно вектора швидкості хвилі.

Рис. 1

2. Світловими хвилями є електромагнітні хвилі з довжинами хвиль, що лежать у межах 400…760  нм. Колірна характеристика світлової хвилі визначається довжиною хвилі (400 нм - фіолетовий колір, 760 нм - червоний колір). У тому випадку, якщо світлові хвилі мають одну довжину хвилі, світло називається монохроматичним, якщо ж у світловому пучку знаходяться всі довжини хвиль у межах від 400 до 760 нм (усе «кольори»), світло є білим.

3. Взаємодія світлової електромагнітної хвилі з речовинами в переважній більшості випадків визначається дією електричного поля хвилі, що характеризується вектором напруженості електричного поля E. Надалі будемо називати E електричним (або світловим) вектором і в міркуваннях будемо абстрагуватися від дії магнітного поля світлової хвилі.

Важливою характеристикою світлової хвилі є її енергія (інтенсивність світла), пропорційна |E|².

4. Поширення світла в просторі будемо описувати за допомогою понять «фронт світлової хвилі» і «світловий промінь».

Фронтом світлової хвилі називається геометричне місце точок простору, яких у даний момент часу досягла світлова хвиля.

Світловими променями називаються прямі лінії, що виходять із джерела світла і визначають напрямок переносу енергії світлової хвилі. Промені завжди перпендикулярні до фронту хвилі.

5. У вакуумі світлові хвилі поширюються зі швидкістю c = 3· 10⁸ м/с, а в речовині зі швидкістю V= c/n, де n > 1 - показник заломлення, значення якого визначається конкретними властивостями речовини.

1.2. Загальні уявлення про поляризацію світлових хвиль

1. Звичайні джерела світла являють собою сукупність великого числа елементарних випромінювачів (атомів), що випромінюють хвилі, у яких площини коливань вектора E мають довільні напрямки в просторі (хоча завжди залишаються перпендикулярними вектору швидкості хвиль).

Світло, у якому присутні електромагнітні хвилі з усіма напрямками коливань вектора E, називається природним або неполяризованим світлом.

2. Площину, проведену через промінь і напрямок коливань вектора E, ми будемо надалі називати площиною коливань ЕОV (рис.1).

3. За допомогою певних прийомів, розглянутих далі, із природного світла можна виділити групу світлових хвиль, у яких площини коливань світлового вектора E паралельні. Така група хвиль являє собою лінійно (або плоско) поляризоване світло.

На рис. 2 схематично показані природний і поляризований світлові промені при їх різній орієнтації відносно площини креслення.

Рис. 2

а, б, у - промінь нормальний до площини креслення; а - природне світло; б, в - поляризоване світло. г, д, е - промінь лежить у площині креслення; г - природне світло; д, е - поляризоване світло. Стрілками зазначені напрямки коливань вектора E, що лежать у площині рисунка, а точками - перпендикулярні до нього.

1.3. Явище подвійного променезаломлення

Більшість кристалів мають різні оптичні властивості в різних напрямках. Такі кристали називають оптично анізотропними. Для них спостерігається явище подвійного променезаломлення, що полягає у роздвоєнні заломленого променя, обумовленому залежністю показника заломлення середовища від напрямку електричного вектора світлової хвилі. Один із пезаломлених променів називають звичайним («о»), а інший - незвичайним («е») (рис. 3). Звичайний промінь підкоряється звичайним законам заломлення світла: він лежить у площині падіння і значення показника заломлення для нього не залежить від кута падіння α .

ГОВ

ГОВ

Рис. 3

Незвичайний промінь не підкоряється законам заломлення - він, як правило, виходить із площини падіння і його показник заломлення не постійний, а залежить від кута падіння .

Обидва промені є лінійно поляризованими і їх площини коливань взаємно перпендикулярні.

У кристалах існує напрямок, уздовж якого світло , що поширюється , не відчуває подвійного променезаломлення. Цей напрямок, показаний пунктирними лініями на рис. 3, називається головною оптичною віссю кристала (ГОВ).

Площина, проведена через падаючий промінь і напрямок ГОВ в точці падіння, називається головним перетином кристала ГПК. На рис. 3 ГПК збігається з площиною креслення.

Площина коливань незвичайного променя збігається з площиною ГПК, а для звичайного променя - перпендикулярна до неї.

Для ряду кристалів , що мають властивість подвійного променезаломлення, спостерігається розходження в коефіцієнтах поглинання звичайних і незвичайних хвиль. Це дозволяє створити светлосильні прилади для перетворення природного світла в поляризований і для його наступного аналізу. Такі прилади (поляроїди) являють собою плівку, на яку нанесені в однім напрямку велике число мікрокристалів , з подвійним променезаломленням.