3.2. Двойное лучепреломлении. Призма Николя.

Если на кристалл под некоторым углом α падает естественный свет, то в кристалле, как правило, возникает две волны, линейно поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Им соответствуют два луча. Один из них принято называть обыкновенным лучом (о), второй – необыкновенный (e) (рис.8).

Р аздвоение преломленного луча в кристалле называют явлением двулучепреломления²³.

Объясним это явление. В оптике известно, что естественный свет представляет собой совокупность двух компонент, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Скорости их распространения в таких средах как, например, воздух, вода, стекло одинаковы, в кристаллах – различны, обозначим их и . Следовательно, для этих компанент различны и абсолютные показатели преломления кристалла. Обозначим их n_o и n_e, . Поэтому, одному и тому же углу падения α, соответстуют два угла преломления β_o и β_e ( ), приводящие к образованию двух волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (двух лучей: обыкновенного и необыкновенного).

Выходящие из кристалла плоскополяризованные лучи обычно близки друг к другу. Для того, чтобы их «развести», используют различные кристаллические поляризаторы. Наиболее распространенным из них является призма Николя (рис.9).

Она изготавливается из кристалла исландского шпата, имеющего разность n_o – n_e=0.017. Две вырезанные определенным образом призмы из этого кристалла склеиваются специальным клеем – канадским бальзамом, показатель преломления которого удовлетворяет условию: n_o > n_б > n_e .

3.3. Дихроизм поглощения и его использование для получения поляризационного света.

В поглощающих свет средах интенсивность I света уменьшается с пройденным расстоянием x по закону Бугера:

I = I₀ e^{– kx} , (5)

где I₀ - интенсивность падающего света, k – показатель поглощения света в среде.

Для поглощающих свет кристаллов характерно различие в показателях поглощения для обыкновенной и необыкновенной волн: (k_о ≠ k_e ). Явление зависимости показателя поглощения света от поляризации волны называется дихроизмом поглощения.

М ожно подобрать такую толщину кристалла x , что одна из волн практически полностью поглотится кристаллом, а другая -- пройдет через него. Таким образом получают линейно поляризованный свет (см. Рис.10 ).

Наибольшим дихроизмом обладает искусственно выращиваемый кристалл герапатит, который при толщине всего около 0,1 мм пропускает только линейно поляризованный свет. Из таких кристаллов изготавливаются пленочные поляризаторы, которые называют поляроидами.

4.Прохождение света через поляризаторы. Закон малюса.

Если на поляризатор падает естественный свет интенсивности I_пад, то после прохождения поляризатора он становится линейно поляризованным с интенсивностью I_o, причем плоскость колебаний электрического вектора прошедшей волны (плоскость поляризации) будет всегда параллельна плоскости пропускания поляризатора. При этом интенсивность I_o равна:

(6)

Всякий поляризатор может быть использован для исследования поляризованного света. Тогда он называется анализатор.

Интенсивность I линейно поляризованного света после прохождения через анализатор зависит от угла φ между плоскостью поляризации падающей световой волны и плоскостью пропускания анализатора. Она определяется по закону Малюса:

, (7)

I_o – интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор.

Если на систему поляризатор-анализатор падает естественный свет с интенсивностью I_пад, то закон Малюса можно записать в виде:

(8)

Если плоскости пропускания поляризатора и анализатора параллельны, то φ = 0, cos 0^о = 1 и I = I_o, если они перпендикулярны (скрещены друг с другом), то φ = 90^о, cos 90^о = 0 и I = 0.

1 Во всех дальнейших определениях, связанных с явлением поляризации света, будем употреблять только вектор , который называют также световым вектором волны. Именно на в волне реагируют светочувствительные клетки сетчатки глаза, любые фотоприемники и многие другие объекты.

2 В кристаллах всегда есть одно или два направления, при распространении света по которым двулучепреломление не имеет места. Эти направления называют оптическими осями кристалла, они показаны на рисунках (рис.8 и рис.9) и обозначены OO₁.

3

11