3.6.Двойное лучепреломление

Еще в XVII веке было замечено, что любое изображение, если его рассматривать через прозрачный кристалл исландского шпата, раздваивается. Научные исследования показали, что луч света, направленный на такой кристалл, выходит из кристалла в виде двух параллельных лучей (рис.23). Один из них, который подчиняется установленным ранее закономерностям геометрической оптики (в частности – закону Снеллиуса), назвали обыкновенным лучом. Второй луч отклонялся «не по правилам» и был назван необыкновенным. Дальнейшие исследования показали, что оба луча, вышедшие из кристалла, поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, а угол  между двумя преломленными в кристалле лучами зависит от ориентации падающего луча относительно некоторого направления – оптической оси кристалла.

Отклонение необыкновенного луча от направления, предопределенного ему законом Снеллиуса (6а), могло означать только, что его показатель преломления отличается от показателя преломления обыкновенного луча, а значит и скорости распространения этих двух лучей в кристалле исландского шпата различны. Это одно из проявленийанизотропии кристаллов – неодинаковости их свойств по разным направлениям. (Такую же анизотропию кристаллы проявляют и в отношении других свойств – электрических, магнитных и пр.).

Анизотропия кристаллов проявляется еще и в том, что они по разным направлениям по-разному поглощают обыкновенный и необыкновенный лучи. Для некоторых кристаллов (например, кристаллов турмалина, герапатита) эта разница в поглощении настолько велика, что один из лучей практически полностью поглощается внутри кристалла. Неполяризованный луч, вошедший в такой кристалл, выходит из кристалла практически полностью поляризованным. Такие кристаллы используют для создания поляризационных пленок – поляроидов.

Другим поляризатором, в котором используется явление двойного лучепреломления, является призма Николя (или просто – николь). Кристалл исландского шпата разрезается на две половинки, которые затем снова склеиваются (рис.24). Плоскость разреза и коэффициент преломления клеящего вещества (канадский бальзам) выбираются так, чтобы обыкновенный луч на склейке испытывал полное внутреннее отражение. Необыкновенный луч проходит сквозь призму и выходит плоско поляризованным.

3.6.1.Искусственная оптическая анизотропия

Многие жидкости и аморфные (изотропные) прозрачные материалы можно сделать анизотропными. В 1875 г. шотландский физик Джон Керр обнаружил, что если на электроды, помещенные в жидкий диэлектрик, подать напряжение (рис.25), то жидкость становится анизотропной. Анизотропия жидких диэлектриков в электрическом поле получила названиеэффекта Керра. Поляризация диэлектрика (и его искусственная анизотропия) происходит практически мгновенно. Поэтому ячейка Керра используется в качестве быстродействующего оптического затвора.

Твердые изотропные материалы (например, стекло) при механическом напряжении становятся анизотропными. При этом благодаря явлению двойного лучепреломления становятся видимыми поверхности равного напряжения. Если из твердого прозрачного материала изготовить модель какой-нибудь несущей конструкции (балки, колонны, перекрытия и т.п.), то можно «увидеть», как распределяются напряжения внутри этой конструкции при различных нагрузках.