Практика №6 / Лекция 6_3

Кафедра общей физики ПетрГУ

Лекция 6. ПОЛЯРИЗАЦИЯ

(продолжение)

§3. Построение Гюйгенса в одноосных кристаллах

Ключевые понятия:

принцип Гюйгенса

положительный и отрицательный кристаллы

6.3.1.ПОСТРОЕНИЕ ГЮЙГЕНСА ДЛЯ ПАДЕНИЯ СВЕТА НА ПОВЕРХНОСТЬ

ОТРИЦАТЕЛЬНОГО КРИСТАЛЛА ПОД УГЛОМ . ОПТИЧЕСКАЯ ОСЬ СОСТАВЛЯЕТ С ПОВЕРХНОСТЬЮ КРИСТАЛЛА УГОЛ . Построение Гюйгенса – это геометрическое

построение для отыскания волнового фронта и направления распространения двух волн, распространяющихся в кристаллах. Пусть на границу раздела двух сред падает плоская волна, крайние лучи которой 1 и 2. Кристалл 2 отрицательный. Построим направление обыкновенного луча Ео. Для этого выполним построение в следующей последовательности:

1.Строим проходящий через точку А плоский фронт АВ падающей волны в момент, когда возмущение дошло до границы раздела (точка А). По принципу Гюйгенса строим волновые

поверхности ВПо вторичных волн в пластинке: из точки А проводим окружности радиусом АС = Vn t, где Vn = с/n – скорость преломленной волны, t = ВD /с — время, за которое волна проходит путь ВD в первой среде.

2.Повторяем операцию в остальных точках, до которых дошло возмущение.

3.Строим волновой фронт о-волны: огибающую всех вторичных волн (прямая ВФо).

4.Строим преломленный луч Ео, соединив точку А с точкой касания волнового фронта ВФо с волновой поверхностью ВПо - точкой К.

Аналогичные действия проводим для определения направления е-луча Ее.

5.Находим оптическую ось кристалла О. По ней откладываем радиус эллипса, равный АС. Проводим линию АБ, перпендикулярную АС. На ней откладываем второй радиус эллипса АБ. Для отрицательного кристалла он будет больше АС.

6.Строим волновой фронт е-волны: огибающую всех вторичных волн (прямая ВФе).

7.Строим преломленный луч Ее, соединив точку А с точкой М (точка касания волнового фронта ВФе с волновой поверхностью ВПе). Как видно из построения, о-луч преломляется сильнее е-

луча.

Как видно из построения, в кристалле образуются два преломленных луча, углы преломления которых соответственно равны:

8

Оптика и квантовая физика

Кафедра общей физики ПетрГУ

Это явление и называется двойным лучепреломлением.

Как отмечалось ранее, у одноосных кристаллов один из преломленных пучков подчиняется обычному закону преломления (sin /sin = n2/n1), он является обыкновенным (о). Другой пучок не подчиняется обычному закону преломления и является необыкновенным (е). Он, как правило, не лежит в плоскости падения и даже при нормальном падении света на кристалл может отклоняться от нормали.

Отметим, что если обыкновенный луч всегда перпендикулярен волновому фронту, то необыкновенный луч может составлять с волновым фронтом угол, отличный от 90°. Необыкновенный луч демонстрирует возможность несовпадения направления перемещения волнового фронта (фазовой скорости) и направления переноса энергии (лучевой скорости). Это и есть одна из отличительных особенностей распространения света в анизотропных средах. Построение Гюйгенса дает наглядную картину двойного лучепреломления и позволяет сравнительно просто найти направление обыкновенной и необыкновенной преломленных волн. Однако оно оставляет открытым вопрос об их амплитудах, фазах и поляризации.

1.Сформулируйте принцип Гюйгенса.

2.По виду фронта обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле определить

а) знак кристалла, б) положение оптической оси,

в) ход обыкновенного и необыкновенного лучей.

3.Выполните построения Гюйгенса для одноосного кристалла. Рассмотрите некоторые частные случаи.

9

Оптика и квантовая физика