Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного. Большинство источников (раскаленные тела, светящиеся газы) испускает свет, близкий к естественному, хотя некоторые следы поляри- гл. хчп, полягизлция ш и двойном л~ чвпввломлвнии 347 зации почти всегда наблюдаются, что объясняется излучением более глубоких слоев вещества. Это излучение проходит через некоторый слой и испытывает части 1ную поляризацию, подобную возникающей при прохождении через слой диэлектрика.
Есть все основания полагать, что свет, испускаемый каким-либо атомом, сохраняет характер поляризации неизменным на протяжении времени, довольно длительного по сравнению с периодом колебания. Действительно, интерференция световых пучков (даже излучаемых не лазерами) может происходить при очень большой разности хода (до миллиона длин волн), когда, следовательно, интерферируют между собой волны, испущенные в начале и в конце временнбго интервала, охватывающего миллион колебаний.
Возможность возникновения при этом интерференции доказывает, что состояние поляризации сохраняется на протяжении большого числа колебаний. Таким образом, излучение отдельных атомов может при благоприятных обстоятельствах (разреженный газ) сохранить неизменной не только начальную фазу, но и ориентацию колебаний в течение довольно длительного времени ( 10 ~ с). Однако нам одновременно приходится наблюдать излучение огромного чисча атомов, посылающих различно поляризованный свет. Кроме того, и каждый атом после нескольких сотен тысяч колебаний начинает испускать свет с новым состоянием поляризации, Таким образом, обычно наблюдаются множество всех возможных ориентаций Е и Н и быстрая смена зтих ориентаций, что и представляет сооой естественный свет.
Пока свет дойдет от излучающих атомов до наблюдателя, он может претерпеть ряд воздействий, вносящих некоторую поляризацию, которой мы обычно почти не замечаем. Только при специальных условиях наблюдения (свет, рассеянный атмосферой; свет, отраженный водной поверхностью, и тд.) доля поляризованного света может заметно возрасти. Глава ХУП ПОЛЯРИЗАЦИЯ ПРИ ДВОЙНОМ ЛУ"ЧБПРЖЛО МЛЕНИИ ' ) я 107. Двойное лучепреломление и поляризация света при прохождении через кристалл исландского шпата Исландский шпат представляет собой разновидность углекислого кальция (СаСОв), кристаллизующуюся в виде кристаллов гексагональной системы.
Он обладает чрезвычайно ярко выраженным двойным лучепреломлением. Так как кристаллы исландского шпата встречаются в природе в виде довольно больших и оптически чистых ) В настоящей главе излагаются лишь предварительные сведения о прохождении света через кристалл исландского шпата, необходимые для понимания поляризации света.
Подробнее вопрос о прохождении света через кристаллы рассматривается в гл. ХХУ1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА образцов, то неудивительно, что именно на этом объекте было впервые наблюдено явление двойного лучепреломления и открыта связанная с ним поляризация света. И до настоящего времени исландский шпат является наилучшим материалом для изучентля и демонстра; ции этих явлений, а также для изготовления оптических приборов, использующих полярттзацтпо света, хотя в настоящее время известно очень больпюе количество естественных и искусственных кристаллов с подобными свойствами.
Кристалл исландского шпата легко выкалывается в виде ромбоэдра, причем ромбы, его ограничиваюРис. 17.1. Прохождение света через кри- щие, имеют углы 101'52' сталл исландского шпата (двойное луче- на такой кристалл падает преломление) узкий пучок света, то, преломляясь, он дает два пучка несколько различного направления. Если падающий пучок достаточно узок, а кристалл достаточно толст, то из него выходят два пучка„параллельных первоначальному (как при всяком прохождении через плоскопараллельную пластинку), вполне разделенных пространственно.
Даже в том случае, когда первичный пучок нормален к естественной грани кристалла, т.е. угол падения равен нулю, преломленный Рис. 17.2. Двойное лучепреломление света, падающего нормально к естественной грани кристалла исландского шпата пучок разделяется на два, причем один из них представляет продолжение первичного, а второй уклоняется (рис. 17.2) так, что угол преломления отлтлчен от нуля. Это обстоятельство, равно как и ряд других отступлений от обычных законов преломления, о которых речь пойдет ниже, дали повод назвать второй из этих лучей необьтнооенным (е), сохраняя за первым название обыкновенного (о).
Различие в отклонении обоих лучей показывает, что по отношению к ним кристалл обладает разными показателями преломления. Исследуя явление при различных налравлепиях преломленных лучей внутри кристалла, можно обнаружить, что в кристалле исландского пшата один из лучей (обьткттовенньпл) имеет для всех направлений одно и то же зна тентле показателя преломлентля, гл. хмп. ттогтягтлзАция при двойном л~ чвттт вгтомгтвттии 349 показатель же преломления другого луча (необыкновенного) зависит от направления. В кристалле исландского шпата существует одно определенное направление, вдоль которого оба преломленных луча распространяются, не раздваиваясь и с одной скоростью, как в обычной изотропной среде. Направление зто составляет определенные углы с ребрами естественного кристалла; в случае куска кртлсталла, ичтеющего втлд роътбоздра, оно параллельно диагонали, соединяющей тупые углы ромбоздра.
Направление зто принято называть оптпической осью кристалла. Существование оптической оси у исландского шпата легко продемонстрировать на куске кристалла, на котором сошлифованы с двух сторон две плоскости, перпендикулярные к указанной диагонали (рис. 17.3 а и о). Ртлс. 17.3. Демонстрация отсутствия двойного лучепреломления в исландском шпате при прохождении света вдоль его оптической оси (а) и кусок естественного кристалла исландского шпата, у которого сошлифованы две площадктл, перпендикулярные к оптической остл (б) Пучок света, направленный перпендикулярно к зтим сошлифованным плоскостям, протлдет сквозь кристалл, не раздваиваясь. Еслтл сошлифованные плоскосттл достаточно велики, то можно убедиться, что направление, перпендикулярное к ним в любом месте, обладает свойством оптической оси. Другими словами, любая прямая, параллельная найденному направлению, служит оптической осью кристалла.
Таким образом, оптическая ось представляет собой определенное направление в кристалле, а не какую-то избранную линию, что вполне понятно, ибо отдельные участки кристалла должны обладать идентичными свойствамтл. Итак, через любую точку исландского шпата можно провести оптическую ось. Плоскость, проходящая через оптическую ось и волновую нормаль распространяющихся волн, носит название плоскости главного сечения или, короче, главной плоскости. Рассмотрим несколько детальнее опыт, при котором световой пучок падает нормально на естественную грань кристалла. Главную плоскость проведем через падающий луч (через нормаль к кристаллу).
Опыт показывает, что внутри кристалла идут два луча, тлз которых один (обыкновенный) есть продолжение падающего, а второй (необыкновенный) отклонен и лежит вместе с первым в главной плоскости. Из кристалла выходят два луча, лежащих в главной плоскости и параллельных падающему, но смещенных друг относительно друга. Збо ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА При вращении кристалла вокруг направления падающего луча один из преломленных лучей будет неподвижным, второй будет обходить вокруг первого. Если исследовать оба выходящих пучка при помощи турмалина или стеклянного зеркала, то обнаруживается, что оба они вполне поляризованы, и притом во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Колебания вектора 1Э обыкновенной волны происходят перпендикулярно к главной плоскости, а необыкновенной — в главной плоскости. Свойства обоих лучей по выходе из кристалла, за исключением направления поляризации, конечно, ничем друг от друга не отличаются, так что название ~необыкновенный» имеет смысл только внутри кристалла. Интенсивности обоих лучей одинаковы ), если на кристалл падает 1~ естес твенный свет. Если один из пучков по выходе из первого кристалла заставить упасть нормально на грань второго кристалла, то мы опять получим два пучка, лежащих в главной плоскости второго кристалла и поляризованных так же, .как и раныпе, по отношению к главной плоскости второго кристалла. Таким образом, направление поляризации зависит только от ориентации кристалла и не зависит от того, поляризован ли падающий на него свет или же он является естественным.
Интенсивности обоих пучков будут, однако, в случае поляризованного падающего луча зависеть от угла а между направлением колебаний в падающем поляризованном луче и главной плоскостью второго кристалла. Действительно, во втором кристалле направление колебаний в необыкновенном луче, лежащих в главной плоскости второго кристалла, составит угол о с направлением колебаний в падающем поляризованном свете, а направление колебаний в обыкновенном луче образует с ним угол ~г/2 — а. Если амплитуда падающей на второй кристалл волны равна А, то амплитуды обеих волн, вьгходящих из кристалла, будут равны соответственно а = А з|п О (для обыкновенной волны), Ь = А сова (для необыкновенной волны), а их интенсивности относятся как (107.1) Хъ Ь2 СОБ2 о Опыт полностью подтверждает эти расчеты. Если, например, расположить два кристалла один за другим и, задержав один из лучей, рассматривать на экране следы двух пучков 1;, и Х„на которые разо- 11 ) Напоминаем, что мы описываем явления, происходящие в кристалле исландского шпата.
Они типичны для большой группы кристаллов, обладающих одной оптической осью и носящих название однооспых. Сложнее обстоит дело в так называемых двуоснь~х кристаллах, где ни один из лучей нельзя назвать обыкновенным. Во многих одноосных и двуосных кристаллах поглощение обеих распространяющихся в кристалле световых волн различно. Типичным представителем такого кристалла является турмалин, в котором обыкновенный луч практически полностью поглощается уже при толщине около 1 мм (см. З 108).
Гл. хУН, ИОЗ!ЯРНЗАЦия ИРи ДВОЙнОм лУчеиРе!!Оылении 351 бьется второй, то относительные интенсивности их булут зависеть от взаимной ориентации криста,лов.. Поворачивая кристалл относительно обыкновенного луча на 360', мы заставим обойти вокруг него пятнышко от необыкновенного луча, причем отношение их интенсивностей будет меняться в соответствии с формулой 1,~1, = й8~о (см. упражнение 146). й 108. Поляризационные приспособления В предыдущем параграфе мы упоминали, что показатели преломления кристаллов для обыкновенного и необыкновенного лучей неодинаковы. 'Хак, для исландского шпата и~ = 1,658, а и„может принимать в зависимости от направления луча в кристалле все значения между 1,486 и 1,658.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
