.225.3. Двойное лучепреломление.

Это явление наблюдается в средах, оптические свойства которых различны в разных направлениях. Такие среды называются анизотропными. К анизотропным материалам, которые существуют в природе, относятся, например, исландский шпат (CaCO₃),кварц.

Рис. 38

Естественный кристалл исландского шпата прозрачен для лучей видимого света и имеет голубую окраску. Такой кристалл имеет форму косого параллелепипеда, грани которого параллельны между собой. Тупые углы в этом параллелепипеде по 10152, а острые – по 78.

Кристалл исландского шпата относится к кристаллам, в которых наблюдается явление двойного лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два луча, распространяющихся, вообще говоря, с разными скоростями и в разных направлениях. Кристалл исландского шпата относится к так называемым одноосным кристаллам. У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой “о”. Для другого луча, называемого необыкновенным (обозначается буквой “e”), отношение sin угла падения к sin угла преломления не остается постоянным при изменении угла падения. Даже при нормальном падении света на кристалл необыкновенный луч, вообще говоря, отклоняется от нормали (рис.38). Кроме того, необыкновенный луч, как правило, не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Одноосные кристаллы – исландский шпат, турмалин, кварц.

Двуосные кристаллы – слюда, гипс (оба луча – “e”, в кристалле имеется два направления, где скорости лучей равны).

Рис. 39

У одноосных кристаллов имеется одно направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла. Любая прямая, параллельная данному направлению, является оптической осью кристалла. Плоскостью главного сечения кристалла называется плоскость, в которой лежат одновременно оптическая ось и падающий луч.

Короткая диагональ ОО является направлением оптических осей исландского шпата (рис.39).

Пусть на кристалл исландского шпата падает естественный свет (луч АВ) в точку В (рис.40). Здесь луч разделяется на два луча ВД и ВС. Выходят из кристалла оба луча параллельно друг другу в направлениях ДЕ и СF. Оба вышедших из кристалла луча оказываются полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость колебаний обыкновенного луча (луч BCF) перпендикулярна плоскости главного сечения кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости главного сечения кристалла.

Рис. 40

Показатель преломления обыкновенного луча n_о=1,659. А показатель преломления для необыкновенного луча BDE зависит от направления распространения света и изменяется от 1,659 (вдоль оптической оси) до 1,486 (в направлении перпендикулярном оптической оси кристалла).

При выходе из кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации, так что названия “обыкновенный” и ”необыкновенный” луч имеют смысл только внутри кристалла.