5. Поляризация при двойном лучепреломлении

При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление получило название двойного лучепреломления, и впервые наблюдалось в 1670 (!) году Бартоломином.

П ри двойном лучепреломлении один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающем лучом и нормалью. Этот луч называют обыкновенным и на чертежах обозначают буквой «о». Другой луч называют необыкновенным и обозначают «е». Для этого луча закон отражения не выполняется, отношение – отношение синусов не остается постоянным при изменении угла падения. Даже при нормальном падении необыкновенный луч, вообще говоря, отклоняется от первоначального направления распространения.

К роме этого, необыкновенный луч, как правило, не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Явление двойного лучепреломления наблюдается для всех кристаллов, за исключением принадлежащих к кубической системе. Существуют одноосные кристаллы, у которых имеется направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось называется главным сечением или главной плоскостью кристалла.

Экспериментально установлено, что оба луча – «о» и «е» – полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Плоскость колебаний луча «о» перпендикулярна главному сечению. В «е» луче колебания вектора совершаются в плоскости главного сечения. Вне кристалла «о» и «е» лучи отличаются только орентацией в пространстве плоскости колебаний. Поэтому сами эти названия имеют смысл только внутри кристалла.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом.

В есьма сильным дихроизмом в видимой части спектра обладает кристалл турмалина – обыкновенный луч поглощается в нем уже на расстоянии в 1 мм. Таким же свойством обладает поляроид - целлулоидная пленка, содержащая большое количество одинаково ориентированных кристаллов йодистого хинина. Поэтому их можно использовать в качестве поляризаторов.

С овершенными поляризаторами являются призмы Николя (николи). Они представляют собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом. Угол падения в призме выбирают таким, что обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение, а необыкновенный проходит через границу.

6. Природа двойного лучепреломления.

Д войное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов. В некубических кристаллах зависимость от направления в кристалле обнаруживает диэлектрическая проницаемость. В одноосных кристаллах в направлении оптической оси имеет значение , а в направлении, перпендикулярном к ней - , причем . В других направлениях имеет промежуточные значения. Поскольку, как известно, показатель преломления , из анизотропии вытекает, что электромагнитные волны с различными направлениями колебаний вектора по отношению к оптической оси кристалла имеют различные значения показателя преломления, а значит и различную скорость световых волн в кристалле.

Н апомним, что в обыкновенном луче колебания происходит в направлении, перпендикулярном главному сечению, в «е» - в главном сечении. Представим, что в точке О кристалла помещен точечный источник света. Оптическая ось направлена вверх. При любом направлении «о» луча в плоскости рисунка вектор образует с оптической осью прямой угол, а значит, скорость обыкновенного светового луча одинакова по всем направлениям. Сечение фронта волны плоскостью рисунка в любой момент времени будет представлять собой окружность.

С корость распространения луча «е» различна в различных направлениях. Поэтому сечение фронта волны плоскостью рисунка будет представлять собой эллипс. Под показателем преломления обыкновенного луча имеют ввиду показатель преломления для распространения луча вдоль оси кристалла. Показателем преломления необыкновенного луча называют, показатель преломления при распространении необыкновенного луча перпендикулярно оптической оси.

Соотношение между показателями может быть различным. Если , то кристалл считают положительным, в противном случае – отрицательным.

Зная вид волновых поверхностей, можно с помощью принципа ГЮЙГЕНСА определять направление распространения обыкновенного и не обыкновенного лучей в кристалле. При построении необходимо помнить о том, что луч проходит через точку касания огибающей по фронтам вторичных волн с соответствующей волновой поверхностью.

Д опустим, что луч падает нормально поверхности кристалла, который вырезан таким обра-зом, чтобы оптичес-кая ось была парал-лельна его поверх-ности, как это пока-зано на рисунке 29.15. Точки касания фронтов вторичных волн и соответству-ющих огибающих находятся на одной линии. В этом слу-чае лучи «о» и «е» распространяются не разделяясь, но с различной скоростью. Между волнами, образующими лучи, возникает оптическая разность хода.

П редставим теперь, что оптическая ось находится под некоторым углом к поверхно­сти кристалла - рисунок 29.16. Построим волновые поверхности для двух точек границы раздела для обыкновенных и необыкновенных лучей, проведем огибающие, а через точки их касания с волновыми поверхностями лучи. Из рисунка видно, что при нормальном падении обыкновенный луч распространяется в том же направлении, а необыкновен­ный (при нормальном падении!!!) отклоняется от прежнего направления.