3. Двойное лучепреломление

Явление двойного лучепреломления было известно еще в 17 веке. Суть его состоит в том, что при разглядывании предметов через некоторые кристаллы наблюдатель видит два изображения.

Напрашивается утверждение: свет, падающий от предмета на кристалл, распадается в кристалле на две составляющие, каждая из которых идет своим путем и формирует в итоге свое изображение предмета. Ответственность за такой ход лучей ложится на кристаллическую решетку или на особенности пространственной структуры частиц в узлах решетки (атомов, молекул, ионов).

На схеме рис. 2 падающий луч 1 образует два преломленных луча, один из которых был назван обыкновенным (луч 2), а другой – необыкновенным (луч 3)

Рис. 2

Возникновение двух преломленных лучей никогда не наблюдается в стеклянных образцах, какую бы форму они не имели: стекло не имеет кристаллической решетки.

В двоякопреломляющих кристаллах можно найти направление падения светового луча, при котором двойного преломления не возникает; это направление называется оптической осью кристалла. Если же световой луч падает под некоторым углом к оптической оси кристалла, то начинает проявляться его анизотропность, т.е. неодинаковость оптических свойств в различных направлениях, обусловленная его кристаллической структурой. Из падающего неполяризованного луча кристалл формирует два поляризованных преломленных луча, в которых плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, что и показано на схеме рис. 2. Анизотропная структура кристалла приемлет лишь два типа поляризованных колебаний. Колебания промежуточной пространственной ориентации кристалл «доделывает» до одного из этих типов. В кристалле действуют, соответственно, два значения показателя преломления: один – для обыкновенного луча, другой – для необыкновенного.

Необыкновенность «необыкновенного луча» состоит в том, что для него показатель преломления – не константа, а величина, зависящая от угла падения. Для обыкновенного луча это не характерно. Кроме того, необыкновенный луч гораздо меньше ослабляется веществом кристалла, чем обыкновенный. Так, в кристаллах турмалина обыкновенный луч, возникнув, полностью поглощается на пробеге в несколько миллиметров. Такая избирательность кристалла к поглощению поляризованных лучей различной ориентации называется дихроизмом.

Обсудим, что получится, если поляризованные лучи 2 и 3, показанные на рис. 2, свести в один луч. В таком объединенном луче будут происходить колебания: Если электрические колебания, представленные векторами и , совершенно синхронны, то результирующими будут колебания той же частоты вдоль направления вектора . Но ведь скорости обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле не одинаковы, благодаря чему колебания и могут иметь некоторую разность фаз. В связи с этой разностью фаз, конец результирующего вектора может описывать эллипс, поворачиваясь по или против часовой стрелки. (см. фигуры Лиссажу в лабораторной работе № 10). Мы получаем свет с правой или левой эллиптической поляризацией, или, как частный случай, с правой или левой круговой поляризацией. Однако, стремясь к простоте, будем иметь в виду, что свет, поляризованный по кругу или эллипсу, всегда можно представить как наложение (суперпозицию) двух простых плоскополяризованных компонент, имеющих фазовый сдвиг.