35. Поляризация света при прохождении через анизотропный кристалл (при двойном лучепреломлении)- сам.

Почти все прозрачные кристаллические диэлектрики оптически анизотропны, т. е. оптические свойства света при прохождении через них зависят от направления. Вследствие этого возникают явления, называемые двойным лучепреломлением. Оно заключается в том, что падающий на кристалл пучок света разделяется внутри кристалла на два пучка, распространяющихся в различных направлениях и с разными скоростями. Физическая природа анизотропии вещества связана с особенностями строения его молекул или особенностями самой кристаллической решетки, в узлах которой находятся атомы или ионы.

Д ля каждого напра­вления в кристалле существуют два «собственных» направления поляризации, характерные тем, что световые вол­ны, линейно поляризованные в этих направлениях, распространяются в кри­сталле, сохраняя свое состояние поляризации. Одна из этих волн называется «обыкновенной» (o): скорость распространения этой волны одинакова для всех на­правлений в кристалле, она подчиняется обычным законам преломления. Другая волна называется «необыкновенной» (e): скорость распространения этой волны зависит от направления в кристалле, угол преломления не зависит от угла падения. При этом оба луча плоско поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

В любом кристалле есть, по крайней мере, одно направление, для которого скорости обыкновенной и необыкновенной волн совпадают. Такое направление называют оптической осью кристалла. В зависимости от числа осей, анизотропные кристаллы делятся на одноосные и двуосные. В поляризационных оптических устройствах чаще применяют одноосные кристаллы, к числу которых относятся, например, кварц и кальцит. Иначе говоря, в направлении оптической оси кристалл ведет себя как изотропная среда. В противоположность этому в направлениях, перпендику­лярных оптической оси, анизотропия кристалла выражена наиболее сильно.

Величина называется показателем преломления обыкновенного луча, величина – показателем преломления необыкновенного луча. Под v_e подразумевается скорость в направлении перпендикулярном к оптической оси кристалла.

В некоторых кри­сталлах (в частности, в турмалине) сильно отличаются коэффициенты погло­щения обыкновенной и необыкновенной волн. Это приводит к тому, что уже при толщине кристаллической пластинки около миллиметра одна из волн практи­чески полностью поглощается, а на выходе остается другая волна, имеющая ли­нейную поляризацию. Это явление называется дихроизмом.

36. Интерференция поляризованных волн-сам., факультативно

Если на кристаллическую пластинку, вырезанную параллельно оптической оси, нормально направить пучок естественного света, то из пластинки выйдут две волны с взаимно ортогональными плоскостями поляризации. Естественный свет – результат излучения различных независимых атомов источника света, испускающих отдельные некоррелированные друг с другом цуги волн. Поэтому обыкновенная и необыкновенная волны, распространяющиеся в одноосном кристалле и выходящие из него (при падении естественного света), некогерентны.

О днако обе волны можно сделать когерентными, если на пути естественного света установить поляризатор Р перед кристаллической пластинкой K, причем так, чтобы плоскость его пропускания составляла некоторый угол с оптической осью кристалла (обычно угол φ делают равным 45°). В этом случае колебания каждого цуга разделяются между обыкновенной о и необыкновенной е волнами. Именно поэтому волны o и e оказываются когерентными – необходимое условие для их интерференции. Однако интерференция никогда не наблюдается, если складываемые волны поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Но если поставить на пути вышедшего из пластинки света еще один поляризатор Р', то он сведет два взаимно ортогональных когерентных колебания к одной плоскости. Интерференция будет обеспечена. Ее результат окажется в зависимости от разности фаз δ складываемых волн:

.

Разность фаз можно изменять, либо меняя длину волны света λ – это приводит к эффектному изменению окраски (т. е. максимумы пропуска­ния будут соответствовать различным длинам волн), либо ме­няя толщину h пластинки.

Искусственное двойное лучепреломление

Обычные прозрачные тела, не обладающие двойным лучепреломлением, тем не менее при определенном воздействии на них становятся двупреломляющими.

А низотропия при деформациях. При одностороннем сжатии или растяжении направление деформации становится выделенным и играет роль оптической оси. При одностороннем сжатии или растяжении направление деформации становится выделен­ным и играет роль оптической оси. Тело становится анизотроп­ным и двупреломляющим, разность показателей преломления которого

,

где σ – напряжение, k – коэффициент, завися­щий от свойств вещества.

Для наблюдения двойного лучепре­ломления исследуемое тело помещают между скрещенными поляризаторами, плоскости пропускания которых со­ставляют угол 45° с направлением де­формации (см. рис.). Если тело имеет вил пластинки или кубика, то при увеличении напряжения наблюдают уси­ление и ослабление прошедшего света.

А низотропия в электрическом поле. Возникновение двойного лучепреломления в жидкости и в аморфных телах под воздействием электрического поля – эффект Керра – нашел широкое применение как в науке, так и в технике эксперимента.

Схема установки для наблюдения этого эффекта показана на рисунке. Между двумя скрещенными поляризаторами Р и Р' помещают ячейку Керра – исследуемую жидкость между обкладками конденсатора в кювете. При создании электрического поля, напряженность Е которого составляет угол 45° с плоскостями пропускания поляризаторов, среда становится оптически анизотропной, оптическая ось которой совпадает с направлением вектора . Возникающая разность показателей преломления обыкно­венной и необыкновенной волн оказывается при этом равной

, где λ – длина волны света, В – постоянная Керра.

Эффект Керра объясняется тем, что при включении электрического поля происходит поляризация молекул вещества и их выстраивание по полю. Это и создает анизотропию вещества с преимущественным направлением – оптической осью – вдоль электрического поля. Наиболее важной особенностью эффекта Керра, обусловливающей его широкое применение, является весьма малая инерционность (до 10^-12 с!). Это, в частности, позволяет осуществить практически безинерционный оптический затвор, с помощью которого изучают весьма быстро протекающие процессы. Кроме того, данный эффект используют для создания сверхкоротких световых импульсов. Этот эффект используют для управления режимом работы лазеров с целью получения сверхкоротких импульсов огромной мощности и во многих других весьма тонких физических экспериментах.