27..2. Поляризація світла при відбитті та заломленні

Рис. 27.2

Як було зазначено, при падінні світлових хвиль на границю поділу двох середовищ вони частково відбиваються, а частково заломлюючись, проходять углиб другого середовища. Якщо обидва середовища діелектричні, то, як показує теорія й експеримент, обидва ці променя стають частково поляризованими, причому площина поляризації відбитого променя перпендикулярна до площини падіння, а в заломленого збігається з нею (рис. 27.2, а). Якщо підібрати кут падіння таким, щоб кут між відбитим і заломленим променями становив /2, то відбитий промінь виявляється повністю поляризованим (рис. 27.2, б). Такий кут падіння називається кутом Брюстера і його значення можна дістати з очевидних співвідношень

,

а оскільки , то і, отже,

,

Останнє співвідношення називається законом Брюстера.

Явище поляризації при відбитті та заломленні застосовується для поляризації світла (особливо в інфрачервоній області спектра).

27.3. Подвійне променезаломлення

Рис. 27.3

Більшість кристалів має різні оптичні властивості в різних напрямках. Такі кристали називають оптично анізотропними. Для них спостерігається явище подвійного променезаломлення, що полягає в тому, що замість одного заломленого променя в кристалі виникають і поширюються два заломлених промені, один із яких називається звичайним (о), а інший — незвичайним (е) (рис. 27.3).

Відзначимо деякі властивості звичайного й незвичайного променів.

1. Звичайний промінь підлягає звичайним законам заломлення, тобто він лежить у площині падіння, а відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення не залежить від кута падіння. Незвичайний промінь не підпорядковується законам заломлення – він, як правило, виходить із площини падіння і його показник заломлення не сталий, а залежить від кута падіння

.

2. У кристалах існує напрямок, при поширенні світлового променя уздовж якого відсутнє подвійне променезаломлення. Цей напрямок називається головною оптичною віссю кристала (ГОВ). У напрямку оптичної осі n_o=n_e, а в напрямку, перпендикулярному до оптичної осі, , тобто кутова розбіжність звичайного й незвичайного променя максимальна.

3. Кристали, що мають подвійне променезаломлення підрозділяються на одно- і двовісні. В одновісних кристалів (ісландський шпат, кварц, турмалін) один із променів звичайний, а інший незвичайний. У двовісних кристалів (слюда, гіпс) обидва промені незвичайні. Одноосьові кристали, у свою чергу, підрозділяються на два класи: позитивні й негативні. У позитивних кристалів n_e–n_o > 0, а для негативних n_e–n_o <0. Оскільки n_en_o, то швидкості поширення звичайного й незвичайного променів різні.

4. Головним перерізом кристала (ГПК) називають площину, яка проходить через падаючий промінь, і напрямок головної оптичної осі в точці падіння. Обидва заломлених променя - звичайний і незвичайний повністю поляризовані у взаємно перпендикулярних напрямках: площина поляризації незвичайного променя збігається з головним перерізом кристала, а у звичайного променя перпендикулярна до нього.

Для наочного пояснення подвійного променезаломлення можна скористатися принципом Гюйгенса. При цьому необхідно врахувати, що залежність показника заломлення від кута падіння обумовлена залежністю його швидкості від напрямку.

Розглянемо як приклад два випадки подвійної променезаломлюваності в одноосьовому негативному кристалі (рис. 27.4 і 27.5).

У першому випадку природні промені падають нормально на грань кристала, головна оптична вісь якого (ГОВ) показана на рис. 27.4 штриховою лінією.

Рис. 27.4	Рис. 27.5

В оптично негативних кристалів n_e  n_o, а оскільки n = c/v, то v_e  v_o, тобто швидкість поширення незвичайного променя більша, ніж звичайного, причому різниця v_e – v_o максимальна в напрямку, перпендикулярному до ГОВ, і дорівнює нулю — у напрямку ГОВ.

Нехай у момент t=0 фронт BB^/ первинної хвилі дотикається поверхні кристала. Для побудови нового фронту виберемо на поверхні кристала дві точки A і A^/. Ці точки відповідно до принципу Гюйгенса є джерелами вторинних хвиль. Оскільки швидкість звичайного променя стала у всіх напрямках, то в цьому випадку вторинні хвилі є сферичними. Обвідна цих хвиль — площина OO^/ відповідно до принципу Гюйгенса є новим фронтом.

Звичайний промінь поширюється уздовж прямої, що з'єднує точку падіння із точкою дотику відповідної сферичної хвилі з новим фронтом — лінії AC і A^/С^. Видно, що звичайний промінь не заломлюється.

У незвичайного променя вторинні хвилі являтимуть собою еліпсоїди, причому довга вісь еліпсоїда перпендикулярна до ГОВ, а в напрямку ГОВ еліпсоїд і сфера дотикаються одне одного. Фронт незвичайної хвилі — площина EE^/ — паралельний фронту звичайної хвилі. Однак, якщо тепер з'єднати точку падіння із точкою дотику відповідної еліпсоїдальної хвилі із фронтом EE^/ (лінії AD і A^/D^/), то як видно з рис. 27.4, заломлений промінь відхиляється від початкового напрямку, тобто заломлюється.

У другому випадку (рис. 27.5) оптична вісь паралельна зовнішній грані кристала і, як видно з рис. 27.5, звичайний і незвичайний промені поширюються в кристалі в одному і тому самому напрямку і не заломлюються. Оскільки швидкість їхнього поширення в кристалі різна, то на виході із кристалічної пластинки між ними виникає відмінна від нуля різниця фаз (див. §  27.6).