§ 4 . Поляризация при двойном лучепреломлении света (1120496)

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

Текст из файла

Глава V. Поляризация волнугла падения естественного света отраженный свет не будетполностью плоско поляризован (нет угла Брюстера). Если свет,падающий на поверхность проводника, плоско поляризован, тоотраженный свет в общем случае оказывается поляризованнымэллиптически. Характер эллиптической поляризации отраженногопучка чрезвычайно чувствителен к состоянию отражающейповерхности – присутствию на ней тонких диэлектрическихплёнок или даже отдельных молекул (до десятых и сотых долеймонослоя). На изучении состояния эллиптической поляризацииотраженногоотповерхностиэкспериментальныйкоторыйширокометод,проводниковназываемыйиспользуетсядлясветаоснован«эллипсометрией»,измеренияпараметров(толщины, показателя преломления) тонких диэлектрических (вчастности,окисных)плёнок,нанесённыхнаповерхностиметаллов или полупроводников.

Метод применяется также и дляисследования адсорбционных процессов или химических реакций,происходящих на этих поверхностях.§ 4. Поляризация при двойном лучепреломлении света1. Прохождение света через анизотропную среду.Явление двойного лучепреломления*) состоит в раздвоениисветового луча при прохождении через анизотропное вещество(кристалл, анизотропный полимер и т.п.).Один из лучей подчиняется обычным законам преломления –он называется «обыкновенным лучом». Для второго лучаотношение синуса угла падения к синусу угла преломления неостаётся постоянным при изменении угла падения.

Даже при*)Впервые описано Э. Бартоломинусом в 1670 г. для кристалла исландского шпата (СаСО3).148Колебания и волны. Волновая оптиканормальном падении необыкновенный луч может отклоняться отпервоначального направления – см. рис.5.13. Кроме того –необыкновенныйлучнележит, как правило, в однойплоскостиспадающимобыкновенный луч• • •и•сред.Оба••• ••••ое•необыкновенный лучперпендикуляром к границераздела• • •Рис. 5.13лучаполяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.Существует, однако, такое направление внутри кристалла,вдоль которого свет распространяется, не расщепляясь на двалуча, – это направление называется оптической осью**).

Плоскость,содержащая оптическую ось и данный луч, называется главнойплоскостью кристалла или его главным сечением.rЭкспериментально обнаружено, что плоскость колебаний ( Е )для обыкновенного луча перпендикулярна плоскости соответствующего ему главного сечения, а для необыкновенного она лежит вплоскости главного сечения.Ранее мы уже отмечали, что в некоторых веществах один излучей поглощается сильнее другого. Такое свойство называетсядихроизмом.Этосвойствоиспользуетсядляполученияполяризованного света.Двойное лучепреломление наблюдается как при падении накристалл естественного, так и поляризованного света.

Дляестественного(интенсивность)света,вотсутствииобыкновенногоидихроизма,яркостьнеобыкновенноголучейодинакова. А вот в случае плоско поляризованного светаинтенсивности лучей существенно зависят от угла ϕ междуrвектором Е в падающей волне и главной плоскостью кристалла.**)Будем рассматривать лишь одноосные кристаллы, для которых такое направление одно.149Глава V. Поляризация волнглавнаяплоскостьЕеϕ⊗Амплитудыволндляобыкновенногоинеобыкновенного лучей равны соответственноrЕ0Ео = Е 0 sin ϕ и Ее = Е 0 cos ϕ (см.

рис.5.14) ихинтенсивности Iо = I 0 sin 2 ϕ и Iе = I 0 cos 2 ϕ.Ео2. Природа явления двулучепреломления.Рис. 5.14Покажемлучепреломлениетеперь,объясняетсякакоптическойдвойноеанизотропиейкристалла*). Эта анизотропия проявляется в том что, скоростьэлектромагнитных волн с различной ориентацией плоскостиколебаний неодинакова для разных направлений их распространенияв кристалле.Чтобы понять причину этого, рассмотрим в качестве примеракристалл, в котором среднее расстояние между атомами вдольодной оси (Z на рис.5.15,а) больше, чем в перпендикулярныхнаправлениях.Очевидно,чтополяризацияэтогодиэлектрического кристалла под действием электрического полябудет происходить по разнымнаправлениямаnoZneбРис.5.15Zнеодинаково.частности,еслиэлектронныхоболочекВсмещениеатомовпри приложении электрическогополя вдоль оси Z больше, чем впоперечномнаправлении,тодиэлектрическая проницаемостьε и показатель преломления по осиZ( n = ε ) такжемаксимальны (nz ≡ ne) – см.

рис.5.15. Будем считать, что свойствакристалла в любом перпендикулярном к оси Z направлении*)Впервые дано Гюйгенсом в «Трактате о свете» в 1690 г.150Колебания и волны. Волновая оптикаодинаковы (в этом случае кристалл называется одноосным);соответствующие значения εo и no минимальны. Смещенияэлектронных оболочек атомов в любом другом направленииможно представить какперпендикулярнокрезультат смещения вдоль оси Z иэтойоси.Следовательно,показательпреломления принимает некое промежуточное между no и neзначение. Можно показать, что в пространстве зависимостьпоказателя преломления от направления электрического поляизображаетсяэллипсоидомвытянутымвращения,(врассматриваемом случае) вдоль оси Z, которая и являетсяоптической осью – см.

рис.5.15. Необходимо подчеркнуть, что нарис.5.15 представлены зависимости показателя преломления отнаправленияэлектрическогополя(анеотнаправлениясветового луча!).В дальнейшем анализе мы будем использовать построенияГюйгенса, поэтому нам необходимо определить теперь видволновых поверхностей для вторичных волн от точечногоисточника естественного света О в одноосном кристалле. На рис.5.16 представлено главное сечение кристалла, в которомнаходится источник О. Как и ранее, OZ – оптическая оськристалла. Рассмотрим лучи, распространяющиеся от источникав различных направлениях в этой плоскости.rПусть волны поляризованы так, что вектор Е колеблетсяперпендикулярнокрассматриваемомуглавномусечениюкристалла.

На рис.5.16,а направления, параллельные оптическойоси, изображены пунктирными линиями, а направления колебанийвектораrЕотмеченыточками.Каквидно,этиколебанияперпендикулярны к оптической оси для любого из лучей 1, 2, 3 ит.д.Такиеволнывызываютполяризациюлишьв151Глава V. Поляризация волнYvo•••OперпендикулярныхY2•vе3•••vo•• • • • •a2′1ZO3′оптической оси направ-vолениях,1′Zкоторымветствуетсоот-одинаковыезначения εo и no.

Следовательно, они распрос-бРис.5.16ктраняются с одинаковойскоростью vo.Достаточно вспомнить, что по теории Максвелла (см. §5 главы2), скорость распространения света связана с диэлектрической имагнитной проницаемостью вещества соотношением:v=cc=.nεµОтсюда мы приходим к выводу: для волн, в которыхколебаниякристалла,rЕвектораволновыеперпендикулярныповерхности–коптическойсферическиеоси(каквизотропной среде). Эти волны подчиняются обыкновенномузакону преломления.Инаяситуациянаблюдаетсядляволн,вкоторыхколебания электрического вектора совершаются в плоскостиглавного сечения.Как видно из рисунка рис.5.16, б , дляразличных лучей 1′, 2′, 3′ колебания теперь направлены подразными углами к оптической оси.

Например, для направления1′колебанияперпендикулярныоптическойоси,адлянаправления 2′ параллельны оптической оси. В первом случаесвет распространяется со скоростью v o, во втором – этаскорость v е меньше. В каком-либо ином направлении, скоростьраспространения будет промежуточной между v е и v о. Такимобразом, для волн, в которых колебания электрического152Колебания и волны. Волновая оптикавекторасовершаютсявплоскостиглавногосечения,волновая поверхность имеет иную форму, чем в изотропномвеществе. Эта форма – эллипсоид вращения, ось которогосовпадает с оптической осью кристалла. Сечениеэллипсоидаоднойизглавныхплоскостейтакогоизображенопунктирной линией на рис.5.16,б. Лучи, соответствующие такойволновойповерхности,неподчиняютсяобычномузаконупреломления – это лучи «необыкновенные».Длянекоторых«положительными»кристаллов<Y«отрицательными»(исландский шпат). Общий видволновыхповерхностейониназываютсяYvеOvеvо ZOдляобыкновенных и необыкновенныхволн показан на рис.5.17 (а –положительныйvо,(например,кварц); для других vе > vо, ониназываютсяvекристалл, б –avо ZбРис.5.17отрицательный кристалл).3.

Распространение обыкновенных и необыкновенныхлучей в одноосных кристаллах.Пусть из воздуха на плоскую границу раздела с анизотропнойсредой падает по нормали плоская световая волна. Пустьоптическая ось кристалла ОZ составляет с этой границейнекоторый угол и лежит в плоскости падения светового луча – см.рис.5.18. Для построения хода лучей в кристалле воспользуемсяпринципом Гюйгенса, считая, что падающая волна возбуждаетколебания вторичных точечных излучателей на поверхностикристалла.

При этом надо иметь в виду, что вторичныеизлучатели могут испускать волны с различной поляризацией.153Глава V. Поляризация волнOОγ•ZeоО•••••••eоОгибающаяволновыхповерхностей(волновойфронт) для обыкновенныхZ βволн – плоскость, параллельная поверхности крис-Рис.5.18таллла. Перпендикуляр кволновому фронту совпадает в данном случае с направлениемлуча света в кристалле. Видно, что, в соответствии с закономпреломления,этотлучраспространяетсяпонормаликповерхности. Напомним, что для обыкновенного луча направлеrние колебаний вектора Е (это направление на рис.5.18 обозначено точками) перпендикулярно главному сечению кристалла.rДля необыкновенных вторичных волн вектор Е колеблется вплоскости главного сечения (по стрелкам на рис.5.18); волновыеповерхности для этих волн – эллипсоиды вращения, ось которыхсовпадаетнаправлениисоптическойоптическойосьюосикристалла.скоростиПосколькувраспространенияобыкновенных и необыкновенных волн одинаковы, сферы иэллипсоиды касаются друг друга в точках пересечения соптической осью.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги