Лекция 12 Копия лекц3дифрполяртаня2

Двойное лучепреломление характерно для оптически анизотропных сред (поэтому кристаллы с кубической решеткой не подходят). Оптической анизотропией называется зависимость оптических свойств среды от направления, которая обусловлена зависимостью диэлектрических и магнитных свойств среды от направления. Если кристалл анизотропен, то его диэлектрическая проницаемость по разным направлениям, например, по осям х и y, может быть различной, раз-

. Если в вакууме оба луча распространялись вместе, то, попадая в кристалл, они преломятся под разными углами и пространственно разойдутся. При этом лучи будут распространяться с

разными скоростями и , соответ-

ственно, и пройдут различные оптические пути.

Кроме этого, обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы в различных плоскостях: у обыкновенного луча вектор Е колеблется в плоскости, перпендикулярной главному сечению кристалла, а у необыкновенного - в плоскости главного сечения.

В изотропных средах оптические свойства не зависят от направления.

Даже в том случае, когда первичный пучок перпендикулярен к грани кристалла, (рис. 5 ), то есть угол падения равен нулю, преломленный луч делится на два. По закону преломления света при таком угле падения, луч в кристалле должен идти в прежнем направлении. Если луч отклонился, то для него этот закон не

лые кружки. Если кристалл поворачивать вокруг оси, совпадающей с падающим лучом, кружок (0) остается на месте, он неподвижен, а кружок (е) перемещается по кругу. Яркость обоих пучков одинакова. Таким образом, необыкновенный луч не лежит в одной плоскости с

падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности, то есть для него не выполняется закон геометрической оптики.

ся у жидких кристаллов, у аморфных тел при деформации (искуственная анизотропия), у жидкости в магнитном поле (эффект Фарадея) и т.д.

Такие кристаллы, как исландский шпат, кварц и др. называются одноосными, у них имеется лишь одно направление, вдоль которого лучи обыкновенный и необыкновенный распространяются с одной скоростью не разделяясь. Это направление называется оптической осью кристалла. Соответственно, у двуосных кристаллов таких направлений два, и оба луча являются необыкновенными.

Чтобы двоякопреломляющий кристалл использовать для получения поляризованного света, один из лучей следует удалить. В некоторых кристаллах поглощение обыкновенного и необыкновенного лучей различно. Это явление получило название дихроизма. Так, в кристалле турмалина толщиной в 1мм обыкновенный луч поглощается полностью, а в кристалле сульфата йодистого хинина достаточно пути в 0,1мм. Это явление используется для изготовления так называемых поляроидных пленок для получения плоскополяризованного света: например, в целлулоидную пленку вводят большое количество одинаково ориентированных кристаллов.

Также, для получения плоскополяризованного света используют устройство, названное призмой Николя (или просто николем). Николь представляет собой призму из монокристалла исландского

шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (добывается из смолы канадской пихты). Показатель преломления канадского бальзама n =1,550 лежит между показателями преломления обыкновенного n0 и необыкновенного ne лучей. Угол падения подбирается таким, что обыкновенный луч на границе раздела исландский шпат - бальзам испытывает полное внутреннее отражение, а необыкновенный - свободно проходит и выходит из призмы (рис.6).

Рис. 6.

Рис.9

Искусственное двойное лучепреломление Для получения плоскополяризованного света используют уст-

ройства, называемые поляризаторами. Поляризаторы свободно пропускают свет, у которого колебания напряженности электрического поля происходят в плоскости, которую называют плоскостью поляризатора. Пусть на такое устройство падает плоскополяризованный свет, амплитуда колебаний напряженности электрического поля которого Е, а направление колебаний вектора Е составляет угол φ с плоскостью поляризатора. Вектор Е можно разложить на две со-

также пользуются поляризатором: если при вращении поляризатора интенсивность проходящего пучка света остается неизменной, а изменяется только ориентация плоскости поляризации прошедшего света, значит, падающий на поляризатор свет не был поляризован. Если же его интенсивность изменяется от максимального значения до нуля, значит, свет, падающий на поляризатор, плоскополяризован.

Поляризатор, используемый для такой цели, называется анализатором (рис.7).

В естественном свете все значения угла φ равновероятны, поэтому интенсивность света, прошедшего через поляризатор, пропор-

поляризатор и анализатор, интенсивность света, прошедшего через анализатор, будет равна:

тора (рис.7). Формула (3) отображает еще одну формулировку закона Малюса.

Рис.7

Если в пространстве накладываются друг на друга две когерентные световые волны с постоянной во времени разностью фаз, равной π/2, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны, то образуется результирующая волна, световой вектор которой описывает эллипс. Такой свет называется эллиптически поляризованным. При разности фаз, равной π/2, и равенстве амплитуд складываемых волн, получается свет, поляризованный по кругу (рис.8).

Рис. 8. которых

Поляризация света при отражении и преломлении

Поляризация света при отражении и преломлении Физическая суть поляризации при отражении от диэлектрика

заключается в возбуждении вынужденных колебаний электронов в атомах диэлектрика под воздействием падающей световой волны и излучении вторичных волн. Выделим один и электронов и разложим его колебание на два колебания, одно из которых совершается в плоскости падения (на рис. 5 сплошная линия), другое перпендикулярно плоскости падения пунктирная линия.

Каждому из колебаний соответствует плоско-поляризованная световая волна. Колеблющийся заряд в большей степени излучает в направлениях, перпендикулярных к направлению колебаний, а в направлении колебаний не излучает. Сплошные и пунктирные лепестки изображают диаграммы направленности излучений соответствующих колебаний.

Рис.6 Видно, что в направлении отраженного луча интенсивность

излучения колебаний, происходящих перпендикулярно к плоскости падения, максимальна и достигает наибольшего значения при отражении под углом Брюстера. В падающем естественном свете интенсивность колебаний в различных направлениях одинакова. Энергия этих колебаний распределяется между отраженным и прелом-

ленным лучами. Если в отраженном луче преобладают колебания одного направления, то в силу сохранения энергии, в преломленном луче более интенсивными должны быть колебания другого направления. Отсюда следует, что преломленный свет поляризован частично.

Степень поляризации преломленного луча можно увеличивать путем много кратного отражения и преломления. На рис. 7 изображена стопа Столетова, состоящая из ряда параллельных пластинок, ориентированных под углом Брюстера к падающему лучу.

На каждой границе частично отражаются лучи, поляризованные только в плоскости падения,

Рис.7 и в результате многократных преломлений выходящий из стопы

луч практически оказывается полностью плоскополяризованным в плоскости падения.

Поляризация света при двойном лучепреломлении

При прохождении естественного света через некоторые кристаллы, падающий луч, разделяется на два плоско-поляризованных луча. Отсюда и возник термин двойное лучепреломление. Это явление

впервые описал Эразм Бартоломинус (1669) (1625-1698). Он наблюдал это явление на кристалле исландского шпата.

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией показателя преломления кристалла. Если кристалл анизотропен, то его диэлектрическая проницаемость по разным направлениям, например, по осям х и y могут быть различными, различными будут и по-

в кристалл, они преломятся под разными углами и пространственно разойдутся. Оба луча будут распространяться с разной скоро-

обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой о. Другой луч, называемый необыкновенным и обозначаемый буквой е, не подчиняется закону преломления света: