Д.В. Белов - Электромагнетизм и волновая оптика (1115538), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

рис.І47,а,0,в), по­этому скорость их распространенияв люоомнаправлении определя­ется значениемпоказателя преломления и, следовательно, во всехнаправлениях одна и та же:ѵ^=|.(37.1)ОТаким образом, колебания составляющих, перпендикулярных глав­ным плоскостям, распространяются от каждой точкикак в обычнойизо­тропной среде - в виде сферическойволны, которая по этой причиненазывается обыкновенной ( o r d i n a r y ) , или о-ВОЛНОЙ.С распространением составляющих, лежащих в главных плос­костях, дело обстоит иначе.

Как видно из рис.147,а,О,в, значение пвнаправлении векторасущественно зависит от направления рас­пространения. Для направления распространения, перпендикулярногооптической оси (рис.і47,а), векторпараллелен оптической оси изначение п максимально и равно, следовательно, скорость рас­пространения в этомнаправлении= с/п^ минимальная. По мере при­ближения направления распространения к направлению оптической осизначение п уменьшается (см. последовательно рис.і47,а,б,в), сле­довательно, скорость= £растет и для направления распростра­нения вдоль оптической оси (рис.147,в) становится равной скоростиобыкновенной волны: ѵ = - = ѵтаккак вектор Ё перпендикулярен*n_'Рис.I47178оптическойоси.

Фронт волны, представляющей ооОсй распространениеколеоании составляющих, лежащихвглавныхплоскостях, изобра­женвместе сосферическимфронтом обыкновеннойволнынарис.і48,аонпредставляет собой эллипсоидвращения. Аналогичная картина дляотрицательногокристаллапредставлена нарис.148,6; здесь ѵ^<,таккакуотрицательного кристалла п^> п^.Волну, представляицую со­бойраспространение составляющих , лежащихвглавных плоскостях,вследствие еенеобычногохарактераназвали необыкновен­ной ( e x t r a o r d i n a r y ) , ИЛИе-ВОЛНОЙ. ПОСКОЛЬКУ В НаправЛѲНИИ ОПТИчѳской осискорости о- и е-волн одинаковы, фронты обеихволн имеютОбщие ТОЧКИприпересечении соптическойосью.Рис.I 48Подведем краткийитог.

В одноосных двоякопреломляющих кристал­лах световые колебания распространяются от каждой точки в виде двухволн: обыкновенной (со сферическим фронтом) и необыкновенной (сэллипсоидальным фронтом), причем в обыкновенной волне электрическийвектор перпендикулярен главной плоскости, а б необыкновенной - ле­жит в главной плоскости для любого направления распространения.§38.ПОСТРОЕНИЕ ГЮЙГЕНСА ДЯЯ ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛОВПусть на плоскуюповерхность одноосного кристалла падает плос­кая световая волна, причем направление оптической оси лежит в плос­кости падения (рис.і4У,а; направление оптической оси изобракганоштриховой линией).

Кавдая точка поверхности кристалла, до которойдоходит воѵзмущение, становится источником двух вторичных волн, рас­пространяющихся в кристалле; сферической обыкновенной волны (как ив изотропной среде) и необыкновенной волны с эллипсоидальным фрон­том. Фронт падающей волны a d доходит до поверхности кристалла не­одновременно: когда колебание снекоторой фазой приходит в точку с,колебания с той же фазой от точек л и в уже распространятся вкристалле в виде вторичных волн на соответствующие расстояния.179фронты обыкновенной и необыкновенной волн получим,проводя оги­бающие поверхности ^в нашем случае - плоскости) к фронтам вторичныхволн.

Лучи строимкак прямые линии, идущие от вторичных источниковв точкикасания фронтов вторичных волн с общим фронтом волны. (За­метим, что для необыкновенных лучѳй такая процедура не совпадает собычной, согласно которой лучи проводятся как нормали к фронту, од­нако обсуждение этого вопроса выходит за рамки нашего курса.)Таким образом, один пучок лучей, падаюорйна двоякопреломляющий кристалл, порождает в нем два преломленных пучка - это явлениеносит название двойного лучепреломления (от­сюда и проистекает название кристаллов - двоякопреломлящие). Еслипадакщий пучок лучейдостаточно узкийи кристаллическая пластинкане слишком тонкая, то преломленные лучи пространственно разделяются(рис.149,6), что удобно для экспериментального изученияих свойств,которые заключаются в следующем.V.'NjI\/ V/"Л'■Направле­ние опти­ческой осие-лучо-лучРис.149Во-первых, обыкновенные лучиподчиняются обычным законам пре­ломления, аименно преломленный луч лежит в одной плоскости с падаицим лучоми перпендикуляромк поверхности кристалла и отношениесинуса угла падения і к синусу угла преломления г равно показа­телюпреломления обыкновенного луча и не зависит от угла падения:S i n i /sin г = п^= c o n s t .

Для необыкновенных лучей эти законы не вы­полняются. Такой выводнепосредственно следует из того, что постро­ение обыкновенных лучей ничем не отличается от случая изотропнойсреды, адля необыкновенных лучей оно существенно иное.180Во-вторых, какобыкновенныА,такинеобшшовѳвный луч шюскополяризованы.Какмывидели, электрическийвекторво-воднѳ перпен­дикуляренглавноеплоскости, авв-волнележитвглашойияоскости.Вслучав, представленномнарис.149, главная плоскость для обоихлучейоднаита*е - онасовпадаетсплоскостью чертежа, так чтообыкновенныйинеобыкновенныйлучиполяризованывовзаимно перпен­дикулярныхплоскостях шаправление электрического вектора в этихлучахотображеносоответственноточкамиичврточкаяі).Рассмотримдваслучаяпрохождения естественного света черезодноосныйкристалл, когданѳ происходатпространственного разделе­ниялучей. Еслиеторатьтакоена­правлениепадающихлучей, прико­тором обыкновенный луч долженраспространятьсявдольоптическойосикристалла, то, какпоказываетпостроение Гюйгенса (рис.150),фронты о- и в-волн совпадают.Следовательно,лучпойдет в на­правленииоптическойосикристал­ла, неразделяясьнадва - этимобстоятельствомможно воспользо­ватьсядляэкспериментальногооп­ределениянаправления оптечвскойосивкристаллах.Рис.150Другойслучайпредставленнарис.151: лучипадаютнормальнонаплоскопараллельнуюпластинку,вырезаннуюиз одноосного кщсталлатак, чтонаправлениеоптическойосипараллельно поверхности плас­тинки.

ПостроениеГюйгенсасноващжводиткодинаковымнаправлениямраспространения обыкновенного инеобыкновенноголучей, однакоэтонеозначает, чтосветнепретер­певает никакихизменений. Втолще 'IJr*”VSw•ув-фронт 'пластинки у каждого цуга фронтV'' (]е-волны постепенно отстает отV'\Ѵфронта о-волны (В случае положи­тельного кристалла, для которогои приведен рис.151), что отража­ется на характере поляризаидисветовой ВОЛШ, выходящей из пла­стинки - к этой ситуации мы вер­немся в §§ 39,40./г А/0181СW »\ло-фрокт^V* V'!■^о-лучи''^ ѳ - л у ч и ''Рис.151На явдешіи двойного лучепреломления основан принцип действияоольшинства поляризационных устройств.

В самом деле, поскольку обы­кновенный и необыкновенный лучи плоско поляризованы, то для тогочтобы превратить двоякопреломлякщий кристалл в поляризационное уст­ройство. достаточно каким-либо образом избавиться от одного из этихлучей. В природе существуют дихроичные кристаллы, в ко­торых вследствие неодинаковых условий распространения о- и е-лучейодин из них практически полностью поглощается даже при достаточномалой толщине кристалла. Такие кристаллы, типичным представителемкоторых является турмалин, сами по себе являются поляризационнымиустройствами; обычно из них нарезают плоскопараллельные пластинки,распиливая монокристалл вдоль оптической оси, чтобы падающий луч неизменял своего направления, как это было показано ранее (рис.іЫ).В так называемых поляроидах мельчайшие кристаллики дихроичного вещества нанесены на поверхность прозрачной пленки при соб­людении одинаковой ориентации их оптических осей, врезультате чегополяризующее действие всей поверхности такое же, как у единого мо­нокристалла.

Поляризационные устройства из дихроичных веществ имеютдьй недостатка: во-первых, в них наряду с ненужным лучом заметнопоглощается и рабочий луч. что приводит к потере в интенсивностипри поляризации, во-вторых, вследствие зависимости поглощения отчастоты, белый свет после их прохождения приобретает окраску.Этих недостатков лишены поляризационные устройства, в которыхиспользуются прозрачные двоякопреломляющие кристаллы.

Типичным при­мером такого рода устройств является призма Николя (николъ;,которая представляет собой призму из монокристалла исландско­го шпата, распиленную под определенным углом и склеенную канадскимбальзамом - прозрачным веществом, показатель преломления которогоп = 1,550 имеет промежуточное значение между показателями прелом­ления обыкновенного и необыкновенного лучей в исландском шпате:п.(рис.152).

Угол раз­реза делают таким, чтобы уголпадения і обыкновенного луча награнице раздела сред был большепредельного углаопределя­емого. как известно, условием:^пр“Тогда обыкновенРис.152ный луч испытает полное внутреннее отражение от прослойки и уйдет всторону, в то время как необыкновенный луч беспрепятственно пройдетчерез прослойку и другую часть призмы. Напомним, что полное внут­реннее отражение происходит на границе раздела двух сред.когда свет182пйдаѳт из оптически Оолѳѳ плотной на оптически мѳнѳѳ плотную средуи угол падения Оольше предельного угла. Оба эти условия выполненыдля обыкновенного луча, таккак п^>п и і>і„р.

Характеристики

Список файлов книги