00-Теоретическое введение к задачам на поляризацию (Лабы по оптике), страница 2

В частности, длянаправления вдоль оптической оси она имеет одно значение || , а для любыхнаправлений, перпендикулярных оптической оси, - другое значение .4Электрическийвектордляобыкновенноголучавсегдаперпендикулярен плоскости главного сечения и, следовательно,перпендикулярен направлению оптической оси. Это значит, чтоэлектрическое поле в обыкновенном луче действует на заряженные частицывещества (при любом направлении падающего луча) в тех направлениях, дляРис. 8Рис. 9которых диэлектрическая проницаемость одинакова и равна. Поэтомупоказатель преломления и скорость распространения обыкновенного луча независят от его направления внутри кристалла. Случай распространенияобыкновенного луча в анизотропном кристалле можно схематическипредставить, как показано на рис.

8. На этом рисунке плоскостью главногосечения является плоскость чертежа, направлениие оптической оси OO '4Здесь и в дальнейшем значок|| (параллельно) относится к значениям величин по направлению оптическойоси, а значок(перпендикулярно) – к значениям величин по направлениям, перпендикулярнымоптической оси.9показано пунктиром, стрелки показывают всевозможные направленияраспространения света, а точки на стрелках означают, что направлениевектора напряжѐнности электрического поля перпендикулярно плоскостичертежа.В случае необыкновенного луча (рис. 9) колебания электрическоговектора происходят в плоскости главного сечения (на рисунке этообозначено чѐрточками на стрелках). При этом для различных направленийраспространения света электрический вектор направлен под разными угламипо отношению к оптической оси. Для направления 1 световая волнанеобыкновенного луча действует аналогично световой волне обыкновенноголуча, так как направление электрического вектора здесь перпендикулярнооптической оси, и в этом направлении диэлектрическая проницаемость равна.

Поэтому в направлении 1 показатели преломления для обыкновенного инеобыкновенного лучей одинаковы:n0 ne|| .Одинаковы также и скорости распространения лучей:v0 ve|| .Раздвоения луча не происходит. В направлении 2 электрическийвектор необыкновенного луча направлен параллельно оптической оси.Диэлектрическая проницаемость в этом направлении равна  . Но так как, то показатель преломления необыкновенного луча в этом||направлении n и скорость его распространения v уже не будет равна n0 иv0 . Для любого другогомеждуугланаправлениямиэлектрического вектора иоптическойосьюпоказатель преломленияn будет иметь значение,Рис.

10лежащее между n || и n , исоответственно скоростьраспространения vзначение, лежащее междуv || иv v0называются отрицательными, еслииvvположительными, еслиПримером положительного кристалла0.является кварц, отрицательного – исландский шпат.Если от точки, лежащей внутри кристалла исландского шпата,провести по всем направлениям радиусы-векторы, величины которыхпропорциональны скорости необыкновенного луча по соответствующимнаправлениям, то концы их будут лежать на поверхности эллипсоидавращения.

Это эквивалентно тому, что волновая поверхность световыхКристаллы10колебаний, распространяющихся от данной точки, имеет эллипсоидальнуюформу.5 Такое же построение для скоростей распространенияобыкновенного луча даѐт сферическую волновую поверхность.Таким образом, при распространении света в анизотропном одноосномкристалле имеют место два типа волновых поверхностей: эллипсоиды исферы. Эти эллипсоид и сфера соприкасаются в точках, лежащих наоптической оси.На рис. 10 показаны волновые поверхности для отрицательного (а) иположительного (б) кристаллов.

На этом рисунке: А - волновая поверхность'обыкновенного луча, В - волновая поверхность необыкновенного луча, ОО направление оптической оси.Поляризационные приспособления. Двоякопреломляющиекристаллы в их естественном виде редко применяются для полученияполяризованных лучей, так как для разделения широкого пучкаестественного света на два не-перекрывающихся пучка поляризованногосвета кристалл должен быть очень толстым, что приводит к сильномупоглощению световой энергии в кристалле. Поэтому на практике применяютряд поляризационных приспособлений, с помощью которых получают иисследуют поляризованные лучи.Одним из наиболее распространѐнных поляризационных приборовявляется призма Николя, или просто николь.

Николь представляет собойпризму, вырезанную изкристаллаисландскогошпата(рис.11),разрезанную по диагонали исклееннуюканадскимбальзамом (смола канадскойсосны),показательпреломлениякотороголежитмеждуn 1,550Рис. 11показателемпреломлениядля обыкновенного луча в исландском шпате n0 1,658 и наименьшимзначением показателя преломления для необыкновенного луча ne 1,486 .Естественный свет, падающий на входную грань призмы AO , внутрипризмы раздваивается на обыкновенный и необыкновенный лучи. Углымежду гранями призмы, еѐ размеры, направление оптической оси внутри неѐи направление разреза подобраны так, что при направлениях падающегопучка света, не сильно отличающихся от направления длинного ребрапризмы АВ , обыкновенный луч испытывает на прослойке канадскогобальзама полное внутреннее отражение и поглощается зачернѐнной нижнейгранью призмы, а необыкновенный луч проходит через эту прослойку и5Напомним, что волновой поверхностью называется геометрическое место точек с одинаковой фазойсветового колебания.11выходит затем из призмы, имея то же направление, что и падающий напризму пучок.

Таким образом, призма Николя является поляризатором: припадении на неѐ естественного света из неѐ выходит светплоскополяризованный.Кроме призмы Николя имеется ряд поляризованных призм того жетипа, отличающихся лишь деталями: размерами, углами, веществом,употребляющимся в качестве прослойки. Существуют ещѐ так называемыедвоякопреломляющие призмы, также склеенные из нескольких кусковдвоякопреломляющих кристаллов, но которые в отличие от николя дают дваполяризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях пучка,расходящихся при выходе из призмы под значительным углом друг к другу.Для получения широких пучков поляризованного света на практике внастоящее время часто используют поляроиды.

Их устройство основано натом, что в некоторых двоякопреломляющих кристаллах какой-либо один издвух лучей – обыкновенный или необыкновенный – сильно поглощается.Поэтому после прохождения через достаточно толстый кристалл остаѐтсялишь плоскополяризованный свет. Так как поглощение зависит как отнаправления света внутри кристалла, так и от длины волны, то приразглядывании по разным направлениям такой кристалл обычно оказываетсяразлично окрашенным. Это явление называется дихроичностью. Примеромдихроичного кристалла является турмалин. В пластинке турмалинатолщиной в 1 мм обыкновенный луч поглощается практически полностью.Этим свойством турмалина и объясняются описанные ранее опыты с ним(см.

стр. 5 и рис. 3). В поляроидах большое число микроскопическихориентированных одинаковым образом кристалликов сильно дихроичноговещества герапатита (сернокислый йод-хинин) образуют плѐнку, которая ужепри толщине в 0,1 мм пропускает практически полностью поляризованныйсвет.Исследование поляризованного света. Любое поляризационноеприспособление(николь,турмалин,поляроид), служащие для получения изестественногосветалинейнополяризованногосвета,называетсяполяризатором.Поляризатор пропускает составляющиевекторов напряжѐнности электрическогополя лишь по одному направлению,котороеопределяетсяфизическимиособенностями поляризатора (рис. 12).Назовѐм это направление направлениемРис.

12пропускания.Ввышедшемизполяризатора линейнополяризованном пучке света направление пропусканияопределяет ориентацию плоскости колебаний. Для николя и турмалина, из12которых выходят только необыкновенные лучи, направление пропусканияпараллельно главному сечению кристалла.Если рассматривать через поляризатор источник, испускающийестественныйсвет(рис. 13),товглазбудетпопадатьлинейнополяризованный свет.

Но так как наш глаз не может отличатьестественный свет от поляризованного, то картина получится такой же, какесли бы мы рассматривали этот источник через кусок простого стекла. Мы незаметим также никакой разницы,если будем вращать поляризаторвокруг направления луча. Этоможно объяснить тем, что дляестественногосветанетпреимущественного направлениявекторовнапряжѐнностиэлектрического поля, и суммасоставляющих этих вектороводна и та же.ЕслинапутилучаРис.

13поставитьвтороеполяризационное приспособление (см. рис. 3), то при его повороте вокругнаправления луча через него будет проходить наиболее яркий свет, когданаправления пропускания поляризационных приспособлений параллельны(на рис. 3, а – параллельны оптические оси турмалинов Т1 и Т 2 ).

Если женаправления пропускания перпендикулярны, то свет не проходит вовсе(рис. 3, б), так как после прохождения первого поляризационногоприспособления свет уже не будет иметь составляющих электрическоговектора в направлении пропускания второго. В последнем случае говорят,что поляризационные приспособления скрещены.Такимобразом,припомощивторогополяризационногоприспособления можно не только установить тот факт, что послепрохождения поляризатора естественный свет стал линейнополяризованным,но также и направление пропускания поляризатора. Поляризационноеприспособление, употребляемое для различение поляризационного света отестественного и для нахождения плоскости колебаний в нѐм, называетсяанализатором.