9

9

Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

Кафедра фізики і хімії

Лабораторна робота № 6.4

ШТУЧНЕ ПОДВІЙНЕ ПРОМЕНЕЗАЛОМЛЕННЯ

(Учбово-методичний посібник)

Переробив доцент Горюк А.А.

Посібник затверджений на засіданні

кафедри, протокол № 4 від 21.02.2003 р.

Одеса - 2003

1 ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Вихідні положення хвильовоої оптики

1. Змінні за часом електричні і магнітні поля, що взаємно породжують одне одного і поширюються у просторі, уявляють собою електромагнітні хвилі. На рис.1 схематично показана електромагнітна хвиля, що поширюється в позитивному напрямку осі абсцис; і - відповідно вектори напруженості електричного і магнітного полів електромагнітної хвилі. Як видно з рис.1, електромагнітні хвилі відносяться до класу поперечних хвиль, оскільки в них напрямки коливань векторів і нормальні відносно вектора швидкості хвилі.

Рис. 1

2. Світловими хвилями є електромагнітні хвилі з довжинами хвиль, що лежать у межах 400…760  нм. Кольорова характеристика світлової хвилі визначається довжиною хвилі (400 нм - фіолетовий колір, 760 нм - червоний колір). У тому випадку, коли світлові хвилі мають одну й ту саму довжину хвилі, світло називається монохроматичним, якщо ж у світловому пучку знаходяться всі довжини хвиль у межах від 400 до 760 нм (усі «кольори»), світло є білим.

3. Взаємодія світлової електромагнітної хвилі з речовиною в переважній більшості випадків визначається дією електричного поля хвилі, що характеризується вектором напруженості електричного поля . Надалі будемо називати електричним (або світловим) вектором і при розгляді будемо абстрагуватися від дії магнітного поля світлової хвилі.

Важливою характеристикою світлової хвилі є її енергія (інтенсивність світла), пропорційна | |².

4. Поширення світла в просторі будемо описувати за допомогою понять «фронт світлової хвилі» і «світловий промінь».

Фронтом світлової хвилі називається геометричне місце точок простору, яких у даний момент часу досягла світлова хвиля.

Світловими променями називаються прямі лінії, що виходять із джерела світла і визначають напрямок переносу енергії світлової хвилі. Промені в оптично однорідному середовищі завжди перпендикулярні до фронту хвилі.

5. У вакуумі світлові хвилі поширюються зі швидкістю c = 3· 10⁸ м/с, а в речовині зі швидкістю v = c/n, де n > 1 - показник заломлення, значення якого визначається конкретними властивостями речовини.

1.2 Загальні уявлення про поляризацію світлових хвиль

1. Звичайні джерела світла являють собою сукупність великого числа елементарних випромінювачів (атомів), які випромінюють світло, що складається з наборів хвиль, у яких площини коливань вектора мають довільні напрямки в просторі (хоч завжди залишаються перпендикулярними вектору швидкості хвиль).

Світло, у якому присутні електромагнітні хвилі з усілякими напрямками коливань вектора , називається природним або неполяризованим світлом.

2. Площину, проведену через промінь і напрямок коливань вектора , ми будемо надалі називати площиною коливань ЕОV (рис.1).

3. За допомогою певних заходів, розглянутих далі, із природного світла можна виділити групу світлових хвиль, у яких площини коливань світлового вектора паралельні один до одного. Така група хвиль уявляє собою лінійно (або плоско) поляризоване світло.

На рис. 2 схематично показані природні і поляризовані світлові промені при різній їх орієнтації відносно площини рисунку.

Рис. 2

а, б, в - промінь нормальний до площини креслення; а - природне світло; б, в - поляризоване світло. г, д, е - промінь лежить у площині креслення; г - природне світло; д, е - поляризоване світло. Стрілками зазначені напрямки коливань вектора , що лежать у площині рисунка, а точками - перпендикулярні до нього.

1.3 Явище подвійного променезаломлення

Більшість кристалів мають не однакові оптичні властивості в різних напрямках. Такі кристали називають оптично анізотропними. Для них спостерігається явище подвійного променезаломлення, що полягає у роздвоєнні заломленого променя, обумовлене залежністю показника заломлення середовища від напрямку електричного вектора світлової хвилі. Один із заломлених променів називають звичайним («о»), а інший - незвичайним («е») (рис.3). Звичайний промінь задовольняє звичайним законам заломлення світла: він лежить у площині падіння і значення показника заломлення для нього не залежить від кута падіння α .

Рис. 3

Масштаб букв на рис. Незвичайний промінь не задовольняє законам заломлення - він, як правило, виходить із площини падіння і його показник заломлення не сталий, а залежить від кута падіння. (sin α / sin β_е = n_е = f(α)).

Обидва промені є лінійно поляризованими і їхні площини коливань взаємно перпендикулярні.

У кристалах існує напрямок, уздовж якого світло не зазнає подвійного променезаломлення. Цей напрямок, показаний пунктирними лініями на рис.3, називається головною оптичною віссю кристала (ГОВ).

Площина, проведена через заломлений промінь і напрямок ГОВ в точці падіння, називається головним перерізом кристала ГПК. На рис. 3 ГПК збігається з площиною рисунка.

Площина коливань незвичайного променя збігається з площиною ГПК, а для звичайного променя - перпендикулярна до нього.

Для ряду двоякозаломлюючих кристалів спостерігається розходження в коефіцієнтах поглинання звичайних і незвичайних променів. При проходженні світла через такий кристал один із променів повністю поглинається, а другий виходить з кристалу без істотної втрати інтенсивності. Це дозволяє створити світлосильні прилади для одержання поляризованого світла і для його наступного аналізу. Такі прилади (поляроїды) являють собою плівку, на яку нанесені в одному напрямку велике число двоякозаломлюючих мікрокристалів .