Двойное лучепреломление

Двойное лучепреломление возникает при прохождении света через анизотропные вещества (в данной работе для наблюдения этого явления свет пропускают через кристалл исландского шпата). Скорость распространения электромагнитных волн в веществе может зависеть от ориентации вектора (т.к. различным ориентациямсоответствуют различные значения высокочастотной диэлектрической проницаемости () и, следовательно, различные абсолютные показатели преломления среды n  ; если среда не ферромагнитная, т. е.  1, то n  . При прохождении кристалла исландского шпата свет разделяется на две части, направления векторовв которых взаимно перпендикулярны. Возникшие таким образом два луча распространяются в веществе с разными скоростями (для этих двух лучей показатели преломления вещества неодинаковы). Один из лучей носит названиеобыкновенный и обозначается буквой «о», а второй называется необыкновенный и обозначается буквой «е». Если направление падающего на кристалл света не совпадает с оптической осью кристалла, то образовавшиеся обыкновенный и необыкновенный лучи обладают следующими свойствами:

1. Показатели преломления вещества кристалла для лучей различны.

2. Показатель преломления обыкновенного луча не зависит, а необыкновенного луча зависит от угла падения светового луча на кристалл.

3. Оба луча после прохождения кристалла оказываются линейно-поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях так, что плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна главному сечению кристалла, а плоскость колебаний необыкновенного луча совпадает с главным сечением кристалла.

Поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика

При отражении естественного света от поверхности прозрачного диэлектрика отражённая и преломлённая волны оказываются частично поляризованными. При этом в отраженной волне максимальна амплитуда вектора в направлении, перпендикулярном плоскости падения, а в преломлённой присутствуют колебания, поляризованные как в направлении, параллельном плоскости падения, так и в направлении, перпендикулярном этой плоскости.

При некотором угле падения _Б отражённая волна оказывается полностью поляризованной. Это происходит, когда отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны (рис. 5).

Величина _Б удовлетворяет соотношению:

tg_Б  n  , (3)

где n  – относительный показатель преломления вещества, от которого происходит отражение. Угол_Б называют углом Брюстера. Соотношение (2) носит название закона Брюстера.

Интерференция поляризованных лучей

Устойчивая интерференционная картина наблюдается при наложении когерентных волн. (Интерференция волн – наложение двух или более волн, приводящее к перераспределению интенсивности светового потока в пространстве, то есть к взаимному усилению или ослаблению двух или более волн).

Чтобы наблюдать устойчивую интерференцию поляризованных световых волн, необходимо наложить друг на друга две когерентные поляризованные волны, которые распространяются вдоль одного направления, а колебания световых векторов в них происходят в одной плоскости. Это достигается следующим способом. На поверхность двоякопреломляющей пластинки перпендикулярно к ней падает поляризованная волна. Пластина вырезана таким образом, что главная оптическая ось кристалла параллельна поверхности пластины. Две образовавшиеся в кристалле поляризованные волны, обыкновенная и необыкновенная, при этом распространяются в одном направлении, но с разными скоростями. При выходе из кристалла эти две волны пространственно не разделены. Плоскости колебаний световых векторов в них взаимно перпендикулярны. Вследствие различия скоростей распространения эти волны при прохождении кристалла приобретают разность фаз δ, зависящую от толщины пластинки d и от разности показателей преломления кристалла для обыкновенного n_o и необыкновенного n_e

  (n_o  n_e)d,

где  – длина световой волны в вакууме.

Этой разности фаз соответствует оптическая разность хода Δr (n_o  n_e)d.

Для наблюдения ослабления или усиления освещённости экрана при интерференции этих волн необходимо сделать так, чтобы колебания световых векторов в двух накладываемых друг на друга волнах происходили в одной плоскости. Для этого свет, прошедший через кристаллическую пластинку, пропускают через анализатор. Для каждой из волн анализатор пропускает только ту составляющую вектора напряжённости электрического поля, которая параллельна плоскости главного сечения анализатора. Из анализатора выходят две когерентные волны, в которых световыевектора колеблются в одной плоскости. Рассуждения удобно пояснить векторной диаграммой (рис. 6). Пусть ПП – плоскость колебаний светового вектора в поляризованной волне, падающей на двоякопреломляющую пластинку; после двойного преломления в пластинке выходят две волны обыкновенная и необыкновенная. Направления световых векторов в них взаимно перпендикулярно. При прохождении анализатора, плоскость главного сечения которого задана на рисунке 3 направлением АА, будут пропущены только составляющие векторов и, параллельные АА. В этом случае световые вектора волн, прошедших анализатор, складываются, то есть волны усиливают друг друга. Если повернуть анализатор так, чтобы плоскость его главного сечения была направлена как ВВ, то проекции векторов ина ВВ будут взаимно противоположными, и волны будут ослаблять (гасить) друг друга. Условия усиления или ослабления зависят от разности хода этих волн и от длины волны, падающей на кристалл.

Если через описанную оптическую систему пропустить белый свет, то после прохождения анализатора световая волна окажется окрашенной, поскольку условия усиления и ослабления волн при интерференции зависят от длины волны (положения максимумов и минимумов на интерференционной картине будут пространственно разнесены).

Если толщина двоякопреломляющей пластинки в разных местах неодинакова, то разными оказываются условия минимальной и максимальной освещённости экрана, поэтому разные части экрана оказываются окрашенными по-разному.

Если повернуть анализатор на 90, то для рассматриваемой волны с длиной λ условия усиления перейдут в условия ослабления. Окраска картины, наблюдаемой на экране, изменится.