И.В. Савельев - Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм, волны, оптика (1115514), страница 85
Текст из файла (страница 85)
рпс. 136.1). Плоскость колебаний т) Двойное лучепревомвение было впервые наблюдено в !669 г. Эразмом Бартолином дая исландского шпата (разновидность углекнсаого кальяна СаСО,— кристаллы гексагональной системы). ') У двуосных кристаллов имеется даа таких направления. 4 ) 3«. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ПРИ ДВОЙНОМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИИ 437 обыкновенного луча перпендикулярна к главному сечению кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости, совпадающей с главным сечением.
По выходе кз кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации, так что названия «обыкновенный» и «необыкновенный» луч имеют смысл только внутри кристалла. В некоторых кристаллах, один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется д и х р о и з м о м. Очень сильным дихроизмом е видимых лучах обладает кристалл турмалина (минерала сложного состава). В нем обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине ! мм. В кристаллах сульфата йодистого хинина один из лучей поглощается на пути примерно в 0,1 мм.
Это обстоятельство использовано для изготовле- 7 ния полярпзациониого устройства, называемого п о л я р о и д о м. Оио представляет собой целлулоидную пленку, в которую введено большое количество одинаково ориентированных кристалликов сульфата йодистого хинина. Двойное лучепреломление объясняется Р анизотропией кристаллов. В кристаллах иекубической системы диэлектрическая проницаемость е оказывается зависящей от направления. В одиоосиых кристаллах е в Рис. 1363Ь направлении оптической оси и в направлениях, перпендикулярных к ней, имеет различные значения е» и е„.
В других направлениях е имеет промежуточные значения. Согласно формуле(110.3) и=-)7 е. Следовательно, из аинзотропии е вытекает« что электромагнитным волнам с различными направлениями колебаний вектора Е соответствуют разные значения показателя преломления и. Поэтому скорость световых волн зависит от направления колебаний светового вектора Е. В обыкновенном луче колебания светового вектора происходят в направлении, перпендикулярном к главному сечению кристалла (на рис.
136.2 эти колебания изображены точками на соответствующем луче). Поэтому при любом направлении обыкновенного луча (иа рисунке указаны три направления: 1, 2 и У) вектор Е образует с оптической осью кристалла прямой угол, и скорость световой волны будет одна и та же, равная и, ††- с7)7 е~. Изображая скорость обыкновенного луча в виде отрезков, отложенных по разным направлениям, мы получим сферическую поверхность. На рис. 1Зб.2 показано пересечение этой поверхности с плоскостью чертежа. Такая картина, как на рисунке, наблюдается в любом главно»«сечении, т. е. в любой плоскости, проходящей через оптическую ось. Пред- гл. х~х.
полягизация свита 438 ставим себе, что в точке О внутри кристалла помещается точечный источник света. Тогда построенная нами сфера будет волновой поверхностью обыкновенных лучей. 1~олебания в необыкновенном луче совершаются в главном сеченшп Поэтому для разных лучей направления колебаний вектора Е (на рис. 136.2 эти направления изображены двусторонними стрелкамп) образуют с оптической осью разные углы с«. Для луча ( угол с«равен и/2„вследствие чего скорость ил~еет значение и,= =с))~ сх, для луча 2 угол с«=Он скорость равна п,=с) /ь11.
Для луча 3 скорость имеет промежуточное значение. Можно доказать, что волновая поверхность необыкновенных лучей представляет собой эллипсоид вращения. В местах пересечения соптической осью кри- Зажав и»« ».«ргж Паюжшпеаний ~Ь~р~апианый' Рис.
138.3. Рис. 138.4. сталла этот эллипсоид и сфера, построенная для обыкновенных лучей, соприкасаются. Одноосные кристаллы характеризуют п о к а з а т ел е м п р еломления обыкновенного луча, равнымп,=с)п„ и показателем преломления необыкновенного луча, перпендикуляр- нога к оптической оси, равным п,=с(и,. Последнюю величину называют просто показателем преломления необыкновенного луча. В зависимости от того, какая из скоростей, и, или п„больше, различают положительные и отрицательные одпооспые кристаллы (рио. 136.3). У положительных кристаллов п,(г, (это означает, что и, и,).
У отрицательных кристаллов п,)г, (п,~п,). Легко запомнить, какие кристаллы называются положительными, а какие отрицательными. У положительных кристаллов эллипсоид скоростей вытянут вдоль оптической оси, ассоциируясь с вертикальным штрихом в знаке «+»; у отрицательных кристаллов эллипсоид скоростей растянут в направлении, перпендикулярном к оптической оси, ассоциируясь со знаком « — ». $13К ПОЛЯРИЗАЦИЯ ПРИ ДВОЙНОМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИИ 439 Ход обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле можно определить с помощью принципа Гюйгенса.
Й» рис. 136.4 построены волновые поверхности обыкновенного и необьпсновенного лучей с центром в точке 2, лежащей на поверхности кристалла. Построение выполнено для момента времени, когда волновой фронт падающей волны достигает точки 1. Огибающие всех вторичных волн (волны, центры которых лежат в промежутке между точками 1 и 2, на рисунке не показаны) для обыкновенного и необыкновенного лучей, очевидно, представляют собой плоскости. Пре- аг л ломленный луч О или е,,усв выходящий из точки 2, про- Щ ходит через точку касания огибающей с соответствующей волновой поверхностью. / Напомним, что лучами называются линии, вдоль котоРых РаспРостРанЯетсЯ ~гл л л энергия световой волны (см.
9110). Из рис. 136.4 следует, что обыкновенный луч о совпадает с нормалью к соответствующей волновой поверхности. Необыкновенный же луч е заметно отклоняется от нормали к волновой поверхности. На рис. 136.5 изображены три случая нормального падения света на поверхность кристалла, отличающиеся направлением оптической оси. В случае а лучи о и е распространяются вдоль оптической оси и поэтому идут не разделяясь.
Из рис. 136.5, б видно, что даже при нормальном падении света на преломляющую поверхность необыкновенный луч может отклониться от нормали к этой поверхности. На рис. 136.5, в оптическая ось кристалла параллельна преломляющей поверхности. В этом случае при нормальном падении света Обыкновенный и необыкновенный лучи идут по одному н тому же направлению, но распространяются с разной скоростью, вследствие чего между ними возникает все возрастающая разность фаз.
Характер поляризации обыкновенного и необыкновенного лучей таков же, как для лучей, изображенных на рис. 136.4. ~ую — — —— а) Рис. 1За,а ГЛ. Х!Х. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА $137. Интерференция поляризованных лучей 440 (137.1) или разность фаз (ль лг)б 2 Х, (! 37.2) (г( — толщина, пластинки, Ха — длина волны в вакууме).
Таким образом, если пропустить естественный свет через вырезанную параллельно оптической оси кристаллическую пластинку (рис. 137.1, а), из пластинки выйдут два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча 1 и 2 х), между которыми будет существовать разность фаз, определяемая формулой (13?.2). Поставим на пути этих лучей поляризатор. Колебания обоих лучей после прохождения через поляризатор будут лежать в одной пло- т) В кристалле луч У был необыкновенным и мог быть обозначен буквой е, луч У был обыкновенным (о). По выходе иэ кристалла эти лучи утратили право называться обыкновенным н необыкновенным. При наложении двух когерентных лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, никакой интерференционной картины, с характерным для нее чередованием максимумов и минимумов интенсивности, получиться не может.
Интерференция возникает только в том случае, если колебания во взаимодействующих лучах совершаются вдоль одного и того же направления. Колебзпия в двух лучах, первоначально поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, можно свести в одну плоскость, пропустив зти лучи через поляризатор, установленный так, чтобы его плоскость не совпадала с плоскостью колебаний ни одного из лучей. У рассмотрим, что получается при наложении вышедших из кристалличесг кой пластинки обыкновенгуглзпавяп зяпгепж ного и необыкновенного ЛРЛУШИФй лучей. Пусть пластинка 4 та !'- гулврв'"~Ф вырезана параллельно оптической оси (рис. 137.1). При нормальном падении рне. 137.1.
света на пластинку обык- новенный и необыкновенный лучи будут распространяться не разделяясь, но с различной скоростью (см. рис. 136.5, л). За время прохождения через пластинку между лучами возникнет разность хода та=(а,— л,) б $!Вк ПРОХОЖДЕНИЕ ЧЕРЕЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ ПЛАСТИНКУ В4В скости. Амплитуды их будут равны составляющим амплитуд лучсй 1 и 2 в направлении плоскости поляризатора (рис. 137.1, б). Вышедшие из поляризатора лучи возникают в результате разделения света, полученного от одного источника. Поэтому они, казалось бы, должны интерфернравать. Однако, если лучи 1 и 2 возникают за счет прохождения через пластинку естественного ссега, они пе дают интерференции. Это объясняется весьма просто. Хогя обыкновенный и необыкновенный лучи порождены одним и тси же источником света, они содержат в основном колебания, принадлежащие разным цугам волн, испускаемых отдельными атомами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
