Семестр_3_Лекция_25 (Все лекции по физике в пдф), страница 2

Следовательно, величина εе не постоянная.Так как в оптически прозрачной среде µ≈1 и поэтому n ≈ ε , то показатели преломления и фазовые скорости обыкновенного и необыкновенного лучей будутразными в направлении перпендикулярном оптической оси.

Следовательно, фазовая скорость лучей будет одинаковой вдоль оптической оси и разной в перпендикулярном направлении. Кристаллы принято делить на положительные – это когдаno < ne , и отрицательные – в этом случае no > ne .Рассмотрим, например, положительный кристалл. ВнутриМеокристалла фазовая скорость обыкновенного луча большефазовой скорости необыкновенного луча в направленииперпендикулярном оптической оси. Пусть оптическая осьнаклонена к поверхности кристалла.

Распространение вол-Оптическая осьны можно описать по принципу Гюйгенса. Тогда обыкновенная и необыкновенная волны, испущенные одновре-менно точкой М на поверхности, будут двигаться одинаково вдоль оси. Но в перпендикулярном направлении необыкновенная волна будет отставать.Пример. Призма Николя (николь) - поляризационное устройство, в основе принципа действия которого лежат эффекты двойного лучепреломления и полноговнутреннего отражения. Устройство изобрёл Уильям Николь в 1820 г.Призма Николя представляет собой две одинаковые треугольные призмы изисландского шпата, склеенные тонким слоем канадского бальзама. Призмы вытачиваются так, чтобы торец был скошен под углом 68° относительно направленияСеместр 3. Лекция 258проходящего света, а склеиваемые стороны составляли прямой угол с торцами.При этом оптические оси кристаллов параллельны друг другу и образуют угол48о15′ с торцами призм.

Призмы склеены между собой специальным клеем - канадским бальзамом, показатель преломления которого по величине находитсямежду показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей(Призма не может применяться для поляризации ультрафиолета, так как канадский бальзам поглощает ультрафиоклейлет.)48о 15′о22Свет с произвольной поляризацией,еопроходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, рас-68оОптическая осьщепляясь на два луча - обыкновенный, имеющий горизонтальную плос-кость поляризации и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации.После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение о плоскость склеивания и поглощается зачернённой нижней гранью. Необыкновенныйлуч беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.Поляроид (поляризационный светофильтр) - один из основных типов оптических линейных поляризаторов; представляет собой тонкую поляризационнуюплёнку, заклеенную для защиты от механических повреждений и действия влагимежду двумя прозрачными пластинками (плёнками).Рассмотрим нормальное падение света на тонкую пластинку, вырезанную изодноосного кристалла, в котором оптическая ось направлена параллельно её грани.

Т.е. свет падает перпендикулярно к её оптической оси. В этом случае не будетпространственного разделения на лучи «о» и «е». Но т.к. фазовые скорости зависят от направления поляризации волны, то на выходе из пластинки толщиной d уэтих лучей появится оптическая разность хода ∆L = no − ne d , следовательно, появится разность фаз ∆α =2πno − ne d .λСеместр 3. Лекция 259В волне, вышедшей из пластинки E = E X + EY , где E X = ( E0 X sin ( ωt − kz + α X ) ,0,0 ) ,2πEY = ( 0,E0Y sin ( ωt − kz + αY ) ,0 ) и ∆α = αY − α X =no − ne d .λполучаем, что конец вектора E фигуру Лиссажу. Вид этой фигуры зависит (дляданного вещества) от толщины пластинки.Если ∆α =2ππno − ne d = + πm то фигура будет эллипсом, откуда для толщиныλ2λ4пластинки no − ne d = +λmλ= ( 2m + 1) .

Такой случай принято называть «пластинка24в четверть волны». Волна, проходящая через пластинку в четверть волны, поляризована эллиптически.Если ∆α =чае no − ne d =2πno − ne d = πm то фигура Лиссажу – отрезок прямой. В этом слуλmλ- и получается «пластинка в полволны». Волна, соответственно,2будет линейно-поляризована.Предположим, что на пластинку падает линейно-поляризованная волна.

Тогда пластинка в четверть «превратит» её в эллиптически поляризованную. А пластинка в полволны оставит линейную поляризацию, но при чётных m плоскостьполяризации не изменится, а при нёчетных m повернётся на π/2.Возможно также применение подобных пластинок для определения эллиптически поляризованного света – так называемых компенсаторов. Если на путиэллиптически поляризованного света поместить пластинку в «четверть волны», тоон превратится в линейно-поляризованный. Линейно-поляризованный свет можноопределить с помощью обычного поляризатора.Естественное вращение.

Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризациипроходящего через них линейно поляризованного света. К числу таких веществпринадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивныхрастворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).Семестр 3. Лекция 2510Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается в искусственноанизотропных средах (в стеклах, жидкостях и др.), помещенных в электрическоеполе (эффект Керра), в магнитном поле (эффект Фарадея) (эффект Коттона —Мутона), под действием механических напряжений (Фотоупругость) и т.

п. Вовсех этих случаях среда становится оптически анизотропной, причём оптическаяось параллельна направлению электрического поля, магнитного поля и т. п.Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект - явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля. (Всильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.)Эффект Керра был открыт в 1875 году шотландским физиком Джоном Керром.Под воздействием внешнего постоянного или переменного электрического поля всреде может наблюдаться двойное лучепреломление, вследствие изменения поляризации вещества.Эффект Поккельса (электрооптический эффект Поккельса) - это явлениевозникновения двойного лучепреломления в оптических средах при наложениипостоянного или переменного электрического поля.

Он отличается от эффектаКерра тем, что линеен по полю, в то время как эффект Керра квадратичен. ЭффектПоккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центромсимметрии: в силу линейности при изменении направления поля эффект долженменять знак, что невозможно в центрально-симметричных телах. Эффект хорошозаметен на кристаллах ниобата лития или арсенида галлия.Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея) - магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространениилинейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света.Эффект был обнаружен М.

Фарадеем в 1845 году. Эффект Фарадея тесно связан сэффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергии атомов вмагнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят с испусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различ-Семестр 3. Лекция 2511ным показателям преломления и коэффициентам поглощения для волн различнойполяризации. Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовоймеханики.Эффект Коттона - Мутона (или эффект Фохта) - явление возникновенияпод действием магнитного поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. При распространении света поперек вектора индукции магнитногополя поляризация остается линейной, то есть наблюдается обычное двойное лучепреломление, в отличие от эффекта Фарадея: при распространении света вдольмагнитного поля возникают две волны, поляризованные по кругу и имеющие разные показатели преломления, то есть наблюдается двойное круговое лучепреломление.Исследования эффекта Коттона - Мутона позволяют получить информациюо структуре молекул, образовании межмолекулярных агрегатов и подвижностимолекул.Фотоупругость, (фотоэластический эффект, пьезооптический эффект) - возникновение оптической анизотропии в первоначально изотропных твёрдых телах(в том числе полимерах) под действием механических напряжений.

Открыта Т.И.Зеебеком (1813) и Д. Брюстером (1816). Фотоупругость является следствием зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляетсяв виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механических нагрузок. При одноосном растяжении или сжатии изотропное телоприобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси растяжения или сжатия.

При более сложных деформациях, напримерпри двустороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.Фотоупругость используется при исследовании напряжений в механическихконструкциях, расчёт которых слишком сложен. Исследование двойного лучепреломления под действием нагрузок в выполненной из прозрачного материала модели (обычно уменьшенной) изучаемой конструкции позволяет установить характер и распределение в ней напряжений.Семестр 3. Лекция 2512Замечание.

ЖК-монитор состоит из огромного числа маленьких пикселей.Каждый такой пиксель состоит из триады раскрашенных жидко-кристаллических ячеек (красной,зелёной и синей). С двух сторон от жидкокристаллической панели приклеиваются линейные поляризаторы. Сзади располагается подсветка (самиЖК-ячейки не светятся). Проходя через первую поляризационную плёнку, светполяризуется. Напряжение на жидко-кристаллической ячейке заставляет сворачиваться её в спираль, при этом происходит изменение направления поляризацииполяризованного света. После прохождения поляризованного света через вторуюполяризованную плёнку происходит снижение интенсивности.