4. 3. Поляризация света при двойном лучепреломлении.@

Действие ряда поляризаторов основано на поляризации света при прохождении его через оптически анизотропные среды (т.е. среды, имеющие различные оптические свойства в различных направлениях). Все прозрачные кристаллы оптически анизо­тропны. Исключением являются кристаллы, имеющие кубиче­скую кристаллическую решетку (например, сольNaCl). При прохождении света через оптически анизотропные кристаллы наблюдаетсяявление двойного лучепреломления, ко­торое состоит в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два луча, распространяющиеся с различ­ными скоростями и в различных направлениях.Это явле­ние впервые было обнаружено датским ученым Э. Бартолином в 1669 г. для исландского шпата.

В зависимости от типа симметрии оптически анизо­тропные кристаллы бывают одноосныелибодвуосные, т.е. имеют одну или две оптические оси.Оптической осью называ­ется такое направление в кристалле, вдоль которого распространяющийся свет не испытывает двой­ного лучепреломления. Важно отметить, что любая прямая па­раллельная данному направлению, также является оптической осью кристалла. Примером одноосного кристалла (рис. 4.9) является ис­ландский шпат (диагональ кристаллаОО'совпадает с оптиче­ской осью), а также кварц, турмалин, апатит и другие. К двуос­ным кристаллам относятся гипс, слюда, топаз.

Водноосных кристаллах (рис. 4.9 а) один из преломленных лучей, образующихся при двойном лучепреломлении, лежит в плоскости падения и подчиняется закону преломления, поэтому его назвалиобыкновенным лучоми обозначают буквой "о". Ско­рость обыкновенного лучаυ_очисленно одинакова по всем на­правлениям:υ_о=c/n_о, гдеn_о=const- показатель преломления кристалла для обыкновенного луча. Второй луч называютне­обыкновенным и обозначают буквой "е". Он не лежит в плоскости падения и не подчиняется закону преломления. Соот­ветственно скорость необыкновенного лучаυ_е=c/n_е, гдеn_е - показатель преломления кристалла для необыкно­венного луча. Значенияn_еиυ_езависят от направления распространения необык­новенного луча по отношению к оптической оси кристалла. Для луча, распространяющегося вдоль оптической оси показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей равныn_е=n_оиυ_е=υ_о. Значениеn_е наиболее сильно отличается отn_одля направления, перпендикулярного оптической оси. Все эти различия между обыкновенным и необыкновенным лучами имеют место только внутри кристалла. На выходе из кристалла оба луча распростра­няются с одинаковой скоростью. В двуосных кристаллах оба преломленных луча ведут себя как необыкновенные.

Исследование обыкновенного и необыкновенного лучей показывает, что оба луча на выходе из кристалла полностью поляризованы.ВекторЕобыкновенного луча колеблется перпендикулярно главной плоскости (на рис. 4.9 эти колебания обозначены точками), а векторЕнеобыкновенного луча колеблется в главной плоскости (на рис. 4.9 эти колебания показаны стрелками).Главной плоскостьюилиглавным сечением одноосного кристалла называется плоскость, проходящая через падающий луч и пересекающую его оптическую ось (рис. 4.9 б).

Двойное луче­преломление объясняется тем, что в кристаллах ди­электрическая проницаемость ε оказывается зависящей от направления. Для одноосных кристаллов диэлектрическая проницаемость в направлении оптической оси и диэлектрическая проницаемость в направлении, перпендикулярном к ней, имеют различные значения. Поскольку абсолютный показатель преломления , а для большинства кристаллов магнитная проницаемость µ ≈ 1, то. Следовательно, из анизотропии диэлектрической проницаемости ε вытекает анизо­тропия показателя преломленияn.

Допустим, что в точке S(рис. 4.10) внутри одноосного кристалла находится точечный источник света. На рис. 4.10 показано распро­странение обыкновенного и необыкновенного лучей в кри­сталле. Главная плоскость совпадает с плоскостью чертежа, прямаяОО'– оптическая ось. Волновая поверхность обыкно­венного луча является сферой (т.к.n_о=constиυ_о=c/n_о= =const), необыкновенного луча – эллипсоид вращения (т.к.n_е ≠ const и υ_е = c/n_о ≠ const). На рис. 4.10 хорошо видно, что наибольшее расхож­дение волновых поверхностных обыкновенного и необыкновен­ного лучей наблюдается в направлении, перпендикулярном оп­тической оси. Сфера и эллипсоид касаются друг друга в точках их пересечениях с оптической осьюОО'. Еслиυ_е< υ_о(n_е>n_о), то эллипсоид вписан в сферу (рис. 4.10 а), такой одноосный кристалл называетсяоптически положительным(например, кварц). Еслиυ_е> υ_о(n_е<n_о), то эллипсоид описан вокруг сферы (рис. 4.10 б), такой одноосный кристалл называетсяоптически отрицательным(например, исландский шпат, турмалин, апатит).

Некоторые кристаллы способны по-разному поглощатьо- ие-лучи.Зависимость показателя по­глощения среды от ориентации электрического вектора световой волны и от направления распространения света в кристалле на­зывается дихроизмом, а сами кристаллы –дихроичными. Приме­ром дихроичного кристалла является турмалин. При толщине в 1 мм пластинка турмалина полностью поглощаето-лучи и свет, прошедший сквозь нее, оказывается полностью поляризован­ным.Дихроичные пластинки могут применяться как поляриза­торы света. Еще более ярко выращенным дихроичным свойст­вом обладают кристаллы герапатита (сернокислого йод-хинина).