А.Н. Матвеев - Оптика (1120557), страница 68
Текст из файла (страница 68)
При нормальном падении луч направлен параллельно оптической оси н, следовательно, распространяется, как в изотронной среде,— двойного лучепреломления нет. При падении луча под углом к поверхности кристалла наблюдается двойное луче- преломление, характер которого зависит от типа кристалла. В отрицательном кристалле (рнс. 233) обыкновенный луч преломляется сильнее необыкновенного.
Точки и стрелки на этом рисунке показывают направление колебаний электрического вектора вол "ы В положительном кристалле (рис 234) сильнее преломляется необыкновенный луч. Оптическая ось параллельна поверхности кристалла. При падении луча по нормали (рис. 235) в кристалле без пространственного разделения образуются два луча: в обыкновенном луче вектор Е перпендикулярен оптической оси (на рис. 235 это направление обозначено точками), а в необыкновенном —, параллелен (обозначено стрелками) При выходе ю пластины кристалла лучи приобретают Разность фаз и в результате супер- позиции образуют эллнптическн поляризованную волну (см.
4 43). Если подающий свет естественный. то на выходе образуютси эллиптически поляризованные волны со всевозможными ориентациями эллипсов и соотношениями их осей Этот свет по своим свойствам является также естественным. При падении поп углом к поверхности кристалла особенности двойного лучепреломления зависят от угла между плоскостью падения и главней плоскостью. Если плоскость падения и главная плоскость совпадают (рис 236), то обыкновенный и необыкновенный лучи лежат в той же плоскости. На рис 236 изображено двойное лучесгреломление для отрицательного кристалла Построение Гюйгенс» для положительного кристалла аналогично. Если плоскость падения перпендикулярна оптической оси (рис 237), то обыкновенный и необыкновенный лучи находятся в плоскости падения, но показатель преломления для обоих лучей не зависит от направления.
На рис. 237 оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Если плоскость падения пересекает оптическую ось под углом, отличным от я/2, то картина двойного лучепреломления усложняется, поскольку в этом случае необходимо выполнить пространственное построение Гюйгенса На рис. 238 показано сечение лучевых поверхностей на поверхности кристалла, которое совпадает с плоскостью рисунка. Стрелкой, оканчивающейся в точке О, показана проекция падающего луча на поверхности кристалла, а пунктирными стрелками, оканчивающимися на окружности и эллипсе, — проекции обыкновенного и необыкновенного лучей на поверхносп кристалла. Основное заключение состоит в том, что обыкновенный луч лежит в плоскости падения, а необыкновенный — выходит из нее. Для получения более детальной наглядной информации необходимо построить пространственную модель.
Овгичеасая ось псы углом к поверхности кристалла Наиболее простой случай, когда плоскость падения совладает с главной плоскосуъю, показан на рис 232в связи собъяснением сущности построения Гюйгенса При нормальном падеюйс (рис. 239) обыкновенный луч сохраняет направление падающего, а необыкновенный меняет направление, в результате чего лучи расходятся. Если плоскость падения не совпадает с главной плоскостью, то картина двойного лучепреломления усложняется, поскольку для ее анализа необходимо использовать пространственное построение Гюйгенса.
Закон Малика При анализе нормального падения луча на пластинку, вырезанную из кристалла параллельно оптической оси (рис 235), необходимо прежде всего определить амплитуды колебаний в обыкновенном и необыкновенном лучах. Ответ на этот вопрос дастся законом Малюса Если () — угол между линией колебаний вектора К и ортической осью (рис. 240), 1— интенсивность падающего луча, то интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей 235 двайвае лугеорепомлавае прв аармвльааь «елеавв п» паверипест« пргктвлла кег!и аигпчесппк ееь параллельна пав«реноств зэй Двайвае тучпвеламлсвгм ве еа еерпвагсн атрвмтельпога крвсгвллв, кагла ептвческва ыь параллельна певерипосгп, в п пакость пвлеппв савпвлвет с главной власкестьм 237 Дпайиае лучепреламлспве, котла плоскость пвлепвв перпевлвкуларна ептвчесгсей аси 1, =15спт б, 1, =1 соя' 0.
(42П ) Это означает, что электрический вектор Е падающей волны можно представить как сумму составляющих, перпендикулярных и параллельных оптической оси, которые являются электрическими векторами. обыкновенной и необыкновенной волн. Ф В обыкновеннон луче ааи. тор нопражвнности впвитрнческого пола волны перпендииулврен Главной плоскости, внеобееквованнон — ложат в главной ппосиостн. тза Про канн лгтсй ка поаерхност крнсмлла, котла оптпесскаи псь ~с асргмаликтлираа елесиости нансене 1о)»'-",-,; с!!1)2):;;-г "(от ' 1 * 239 дневное лтчсереломлспм при аормальпом паленки. коти» оапек. скал ось кристалла непараллельна и о поесрхиесгн Ее Ео 240 Истолкоаение накопи Малюга 242 цратме Наколи Поляризация при двойном лучеиреломлешш.
Поскольку обыкновенный и необыхновенный лучи обладают линейной поляризацией во взаимно перпендикулярных плоскостях, лвойнос лучепреломление может быть использовано для получения поляризованных лучей. Для э~ого необходимо разности друг от дру~а пространственно обыкновенный н необыкновенный лучи илн ликвидировать один из ннх путем сильного поглощения. Поляроид.
Если на выхоле ю кристаллической пластинки (см. рис 235) один из лучей сильно ослабляется в результате поглощения, то из пластинки выходит линейно полярнзоваяный свет. Такая пластинка называстья поляроидом. Хорошим поляроидом являются кристаллы турмалина Уже при толщине кристалла турмалина около 1 мм в нем практически полносп,ю поглощается обыкновенный луч. В прошедшем луче (необыкновенном) электрический вектор колеблется параллельно оптической оси (см.
рис. 235). Хорошим поляроидом также является герапатит, в котором уже при толщине О,1 мм практичесрп полностью поглощается один из лучей. Если поляроид используется для получения поляризованного света, то он называется поляризатором. Если же он используется для анализа поляризации света (см. 4 43), то его называют анализатором Полярттзацвотипле и двоякопреломляюшие призмы. Комбинация кристаллов, дающая поляризованный свет, называется поляоизационной Или двоякопреломляющей призмой.
Поляонтационной призма называется тогда, когда на выхвде имеется один поляризованный дуч, а лвоякопреломляющьчй когда на выхоле оба луча. Призма Никола Она является поляризациониой прнзмой н изготовляется нз исланлскою шпата. Кристаллы вырезают относительно оптической оси так, как указано на рис 241; и склеивают канадским бачьзамом по поверхности, отмеченной на рисунке более темным слоем. Коэффициент преломления канадского бальзама л =1,550; он имеет числовое значение, заключенное между коэффициентами преломления обыкновенного и необыкновевного лучей. При соответствующем выборе направления падающего луча необыкновенный луч проходит через призму, а обыкновенный на поверхности склейки испытывает полное отражение и выводится из призмы или поглощается на ее зачерненной поверхности.
Призма Николя (ее часто называют просто николем) является наиболее широко распространенной поляризациониой призмой. Двоякопреломлаошпе пршмы. Двоякопреломляющая призма из стекла и исландского шпата показана на рис 242. Точкамн на призме обозначено направление оптической оси кристалла. На рис. 243, а, 6, в изображены двоякопреломляюшие призмы, составленные из комбинапии призм, изготовленных из исландского шпата, с различной взаимной ориентировкой оптических осей.
242 деонкапрепомпвющап призма лз стекла н исландского мията 60 ив в„д, л, пи вы, л, яп (а — О„р,)/ ап О'„р, — — 1/л„ щп (а — О„р,)/ щп О'„р, — — 1/л„ 60 (42.3) 1'сз 60 242 двоякепрелемдвющве призмы вз исландского ипата 224 Полпхроизм. Поглощение обыхновенной и необыкновенной волн в кристалле зависит не только от длины волны, но и от О ее направления В результате этого при прохождении белого света возникает окраска кристалла, зависящая от направления раслроспмпения света Это явление называется полихроизмом. Прваз 421 На рнс 243 изображена призма Волластона, изготИвлейная из исландского шпата Показатель преломления обыкновенного луча л, = 1,658, а необыкновенного, когда вектор Е коллинеарен оптической осн, л, =1,486. Угол а =15'.
Найти угол между выходящими.из призмы лучами. При переходе через границу раздела межпу средами с взаим- но перпендикулярными оптическими осями обыкновенный в первой среде луч становится необыкновенным во второй и, наоборот, необыкновенный луч в первой среде становится обык- новенным во второй. Обойначая О,р, н О„р, углы преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, можем записать апв„„л, = — ~> 1, (42.2) З»ПН р Л пРичсм а»п Опд — Я1п Опр» — з1п и. Обозначая О~рс и О'„р, углы преломления при выходе из призмы в воздух, запишем законы преломления в виде поскольку углы падения на границу при выходе нз призмы обыкновенного и необыкновенного лучей равны соответстненно а — О„р, и а — О„р,. Из (42.3) с учетом (42.2) получаем для углов преломления значения 0'„„= 2'14' и О„, = 3'2', причем эти углы отсчитываются в разные стороны от'нормали.
Поэтому угол между вышедшими из призмы лучами 0;р, + +Овр» =5'16'. 0 43 Иитерферещщл иолярязпназщых нпдп Рассматриваетса интерференция вопи с взаимно перпендикупярнмми плоскостями поляризации. Ивтерференциа лучей пря взаимно перпендвкуляраых направле пнях линейной поларнзацни. Лучи с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации могут быль получены по схеме рис. 235, если на пути луча до входа в кристаллическую пластинку поставить призму Николя /з/ (рис. 244), которач создает линейно поляризованный свет, причем направление колебаний электрического вектора может меняться поворотом николя. Линейно поляризованный свет падает на кристаллическую пластинку, где'распадается на обыкновенный и необыкновепньщ лучи. Лля амплитул этих лучей на основании закона Малюса имеем (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
