Прохождение света через турмалин (опыт)

Боросиликат сложного состава, C_3v, дихроизм.

C₃– оптическая ось, поляризация.

РИС.30-1

При вращении пластинки вокруг оси, совпадающей с направлением распространения света, интенсивность прошедшей волны не меняется. Плоскость поляризации всегда

Интенсивность поляризованной волны, прошедшей через турмалин

- источник; потерями на отражение пренебрегаем.

Мгновенное положение относительно оптической оси турмалина.

РИС.30-2

- проходит,

- не проходит.

Мгновенное значение интенсивности на выходе из пластинки:

.

За длительное время, (- период), уголпо многу раз примет все возможные значения от 0 до.

Глаз усредняет за время 0.1 с, а с.

Вычислим среднее значение интенсивности на выходе из пластинки (без потерь на отражение!).

.

.

Две пластинки турмалина (или, вообще говоря, два последовательных поляризатора и анализатора)

Какова зависимость интенсивности света на выходе из второго поляризатора от угла между и.

РИС.30-3

Ясно, что если , то ничего не пройдет (скрещенные поляризаторы).

РИС.30-4

.- закон Малюса.

РИС.30-5

Прохождение света через кристалл исландского шпата CaCO₃

РИС.30-6

Распространяясь вдоль оптической оси световой луч не раздваивается (положение главной плоскости является определенным).

Причина: анизотропная среда-

для обыкновенного луча =1.658,

для необыкновенного луча 1.486< <1.658 (зависит от поляризации).

Пластинка турмалина на выходе двух лучей из кристалла исландского шпата

РИС.30-7

На выходе-через каждые или, илиобращаются в нуль

Двойным лучепреломлениемназывается явление раздвоения световых лучей (вообще электромагнитных волн) при прохождении через анизотропную среду, происходящее вследствие зависимости показателя преломления от направления электрического вектора в электромагнитной волне.

РИС.30-8

Причина:диэлектрическая проницаемость зависит от направления.

, векторыинеколлинеарны.

Поскольку не параллелен, то в анизотропной среде электромагнитная волна не является строго поперечной: имеется компонентапои компонентапо.

Решая уравнения Максвелла можно показать, что в анизотропных средах распространяются две электромагнитных волны.

Для примера мы рассмотрим один самый простой случай распространения электромагнитной волны в анизотропной среде, а именно:

Возникновение эллиптической поляризации при распространении плоско-параллельной волны в анизотропной среде

(дополнительный материал)

РИС.30-9

.

Свет распространяется вдоль такого направления в кристалле, когда тензор диагонализуется:

.

Начнем с простого. Пусть .

В падающей волне (распространяется по отрицательному направлению ):

.

В анизотропной среде (видно, что) и колебания векторатоже будут происходить вдоль оси:

, где- скорость распространения в среде волны, поляризованной по.

Если в падающей волне , то, повторяя те же рассуждения, имеем:

,- скорость распространения волны, поляризованной по.

Ясно, что в анизотропной среде , и две волны распространяются с разными скоростями, то есть между ними возникает оптическая разность хода.

Рассмотрим более общий случай. Пусть в падающей волне вектор составляет некоторый уголс осью(см. Рис. 30-9):

,

,

,

.

Оптическая разность хода (разность фаз) пропорциональна пройденному пути:

.

Частный (но практически, пожалуй, самый важный)случай.

Пусть анизотропная среда имеет такую толщину , что по прохождении ее в волне накапливается разность хода, равная нечетному числу четвертей длины волны:

.

Разность хода (или разность фаз) соответствует траектории конца векторана выходе:

- эллипс.

Если , то – циркулярная поляризация.

Прохождение света через анизотропную пластинку, толщина которой подобрана таким образом, что накапливается разность хода , позволяет превратить плоско-поляризованный свет в циркулярно-поляризованный и обратно.

Оценим реальную толщину:

4000Å,100мкм.

Об искусственной анизотропии

Внешние воздействия (и т.п.) меняют взаимное расположение атомов в кристалле, распределение электронной плотности и т.п. В результате изменяется тензор диэлектрической проницаемости.

Таким образом, мы рассмотрели случаи распространения электромагнитных волн в анизотропных средах и познакомились со следующими новыми явлениями.

1. Дихроизм – явление зависимости коэффициента поглощения от поляризации электромагнитной волны; - тензор (здесь- проводимость).

2. Двулучепреломление – явление раздвоения электромагнитной волны при прохождении через анизотропную среду, происходящее вследствие зависимости показателя преломления от поляризации электромагнитной волны; - тензор.

Эти явления обусловлены несимметричным пространственным распределением атомов и (или) несимметричным распределением электронной плотности в кристаллах.