Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 97
Текст из файла (страница 97)
276), 1)реломлеииый же луч при угле падения 1в поляризуется максимально, но не полностью. Если свет падает на границу раздела под углом Брюстера, то отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны(1д гв —— э!п 1в/соэ |в, пм =э|и 1в/э|п 1г (Б — угол преломления), откуда сов |в= и, Рис. 27а Г л а а а 25. Поляризация света = з(п В) . Следовательно, (в+В = я/2, но 15=!в (закон отражения), поэтому !5+ В = я/2. Степень поляризации отраженного и преломленного света при различных углах падения можно рассчитать из уравнений Максвелла, если учесть граничные условия для электромагнитного поля на границе раздела двух изотропных диэлектриков (так называемые формулы Френеля).
Степень поляризации преломленного света может быть значительно повышена (многократным преломлением при условии падения света каждый раз на границу раздела под углом Брюстера). Если, например, для стекла (и = 1,53) степень поляризации преломленного луча составляет ж !5 %, то после преломления на 8— 10 наложенных друг на друга стеклянных пластинок вышедший из такой системы свет будет практически полностью поляризованным. Такая совокупность пластинок называется стопой. Стопа может служить для анализа поляризованного света как при его отражении, так и при его преломлении. Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т. е.
раздваиваиия каждого падающего на них светового пучка. Это явление, в 1669 г. впервые обнаруженное датским ученым Э. Бартолином (!625 †16) для исландского шпата (разновидность кальцита СаСОз), объясняется особенностями распространения света в анизотропных средах и непосредственно вытекает из уравнений Максвелла. Риг, 278 Рнс. 277 й 192. Двойное лучепреломление Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу (рис.
277). Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется (рис. 278). Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый — обыкновенного (а). В кристалле исландского шпата имеется единственное направление, вдоль которого двойное лучепреломление не наблюдается.
Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. В данном случае речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двуосные, т.
е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпаг). Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). Анализ поляризации света (например, с помощью турмалина или стеклянного зеркала) показывает, что вышедшие из кристалла лучи плоска поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях: колебания светового вектора (вектора напряженности Е электрического поля) з19 5 Оптика. Квантовая природа излучения в обыкновенном луче происходят перпендикулярно главной плоскости, в необыкновенном — в главной плоскости (рис. 278). Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает на различие для них показателей преломления.
Очевидно, что при любом направлении обыкновенного луча колебания светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью и, следовательно, показатель преломлении о, для него есть величина постоянная. Лля необыкновенного же луча угол между направлением колебаний светового вектора и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными скоростями. Следовательно, показатель преломления л, необыкновенного луча является переменной величиной, зависящей от направления луча.
Таким образом, обыкновенный луч подчиняется закону преломления (отсюда и название «обыкновенныйъ), а для необыкновенного луча этот закон не выполняется. После выхода из кристалла, если не принимать во внима. ние поляризацию во взаимно перпендику лярных плоскостях, эти два луча ничем друг от друга не отличаются. Как уже рассматривалось, обыкновенные лучи распространяются в кристалле по всем направлениям с одинаковой скоростью о,=с/и„ а необыкновенные— с разной скоростью о.=о/и, (в зависимости от угла между вектором Е и оптической осью).
Для луча, распространяющегося вдоль оптической оси, п,=п„ о,= оо т. е. вдоль оптической оси существует только одна скорость распространения света. Различие в о, и о для всех направлений, кроме направления оптической оси, и обусловливает явление двойного лучепреломления света в одноосных кристаллах. Лопустим, что в точке 5 внутри одноосного кристалла находится точечный источник света. На рис. 279 показано распространение обыкновенного и необыкно. асино~о лучей в кристалле (главная ! 1, о' о) 1о' а) Рис. 27В Рис. 280 плоскость совпадает с плоскостью чертежа, 00' — направление оптической оси).
Волновой поверхностью обыкновенного луча (он распространяется с о,=сонэ() является сфера, необыкновенного луча (о,чьсопз() — эллипсоид вращения. Наибольшее расхождение волновых поверхностей обыкновенного и необыкновенного лучей наблюдается в направлении, перпендикулярном оптической оси. Эллипсоид и сфера касаются друг друга в точках их пересечения с оптической осью 00'. Если о, , о, (и, о,), то эллипсоид необыкновенного луча вписан в сферу обыкновенного луча (эллипсоид скоростей вытянут относительно оптической оси) и одноосный кристалл называется положительным (рис.
279, о). Если о,-.о, (о,( (и,), то эллипсоид описан вокруг сферы (эллипсоид скоростей растянут в направлении, перпендикулярном оптической оси) н одноосный кристалл называется отрицательным (рис. 279, б). Рассмотренный выше исландский шпаг относится к отрицательным кристаллам.
В качестве примера построения обыкновенного и необыкновенного лучей рас- Г л э э э 25 Полнризэция света Рис. ЗИ1 Рн ь 282 смотрим преломление плоской волны на границе анизотропной среды, например положительной (рис. 280). Пусть свет падает нормально к преломляющей грани кристалла, а оптическая ось 00' составляет с нею некоторый угол. В точках А н В построим сферические волновые поверхности, соответствующие обыковенному лучу, и эллипсоидальные — необыкновенному лучу. В точке, лежащей на 00', эти поверхности соприкасаются. Согласно принципу Гюйгенса, поверхность, касательная к сферам, будет фронтом (а — а) обыкновенной волны, поверхность, касательная к зллипсоидам, — фронтом (Ь— Ь) необыкновенной волны.
Проведя к точ. кам касания прямые, получим направления распространения обыкновенного (о) и необыкновенного (е) лучей. Таким образом, в данном случае обыкновенный луч пойдет вдоль первоначального направления, необыкновенный же отклонится от первоначального направления. й 193. Поляризационные призмы и поляроиды В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса: !) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы); 2) призмы, дающие два поляриз знных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча (двоякопреломляющне призмы).
Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения (см. $165) одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является призма Нйколя *, называемая часто нйколем. Призма ' У. Николь (1768 — ! 851) — и~отландсккй ученый.
'Николя (рис. 281) представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом с л= 1,55. Оптическая ось 00' призмы составляет с входной гранью угол 48'. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ, раздваивается на два луча: обыкновенный (и,= 1,66) и необыкновенный (л,=!,51). При соответствующем подборе угла падения, равного или большего предельного, обыкновенный луч испытывает полное отражение (канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачерненной боковой поверхностью СВ.
Необыкно. вениый луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него (ввиду преломления на наклонных гранях АС и ВВ). Двоякопреломляющне призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы раэвестн их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исландского шпата и стекла, призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптиче- 3!2 5 Оптика. Квантовая природа излучения скими осями. Для первых призм (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
