1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 46
Текст из файла (страница 46)
рых по разным направлениям характеризуются лучевыми поверхностями. Для иллюстрации построений Гюйгенса рассмотрим несколько сравнительно простых частных случаев. А, Оптическая ось параллельна границе. Плоскость падения перпендикулярна оптической оси (рис. 4.12, а). Сечения лучевых поверхностей обыкновенной и необыкновенной волн представляют собой окружности.
Поэтому направления лучей и волновых нормалей совпадают как у обыкновенной, так и у необыкновенной волн. Вектор Е в обыкновенной волне ориентирован перпендикулярно оптической оси, в необыкновенной -- параллельно оси. При п,)гь (отрицательный кристалл) обыкновенный луч преломляется сильнее, чем необыкновенный: з!пгртю=з!пгр/и„, з!пгрзц=з!пгр/и,. Этот случай был рассмотрен выше на основе электромагнитной теории. Б. Оптическая ась параллельна границе.
Плоскость падения про- ходит через оптическую ось (рис. 4.12, б). Сечения лучевых поверх- Ъ рве з*н ие г) Г. Оптическая осо образует произвольный угол с пргломляютцгй '-:" .гранью кристалла. Свет падает но нормали (рис. 4.12, г). Волновые поверхности обыкновенной и необыкновенной волн (т. е. касательные к сферам и эллипсоидам) представляют собой плоскости, параллельные границе. Из расположения точек касания этих плоскостей с эллипсоидальнымн лучевыми поверхностями ясно, что необыкновенные лучи при нормальном падении отклоняются от первоначального направления.
Этим объясняется двойное лучепреломление при нормальном падении света на естественную грань кристалла. При наклонном падении света преломление становится еще сложнее. Если оптическая ось не лежит в плоскости падения, то по положению точек касания огибающей плоскости с эллипсоидами вторичных волн можно установить, что необыкновенный луч при преломлении выходит из плоскости падения. Из рассмотренных примеров видно, что построение Гюйгенса дает наглядную картину двойного лучепреломления и позволяет сравнительно просто найти направление отраженной, обыкновенной и необыкновенной преломленных волн.
Однако оно оставляет открытым вопрос об их амплитудах. 1 гг Построение обыкновенного и необыиноиенного лучей при разном расположении оптической оси точками и стрелками о1мечеим ааправленяя «олебаний вектора Е настей плоскостью падения — окружность и эллипс. Направление преломленного луча задается прямой. проведенной нз центра лучевой поверхности в точку ее касания с огибающей (т.е. с фронтом волны).
Оба преломленных луча лежат в плоскости падения. Прн по - не необыкновенный луч преломляется сильнее, чем обыкновенный, хотя направление волновой нормали для него (в данном случае не совпадающее с лучом) изменяется при преломлении меньше, чем для обыкновенного луча. Если свет падает по нормали (гро О), то обе волны распространяются в прежнем направлении; но с разными скоростями.
таким образом, при щ=й случаи А и Б соответствуют рассмотренной выше кристаллической пластинке (в частности, четвертьвол новой) . В. Оптическая ось перпендикулярна границе (рис. 4.12, в). Оба преломленных луча лежат в плоскости падения. Прн п„)п, обыкновенный луч преломляется сильнее, чем необыкновенный.
Если для обыкновенного луча з(п~р/з(пгрэ?=п =сонэ(, то для необыкновенного з)птр/з)пгрэ" зависит от угла падения. При нормальном падении обе волны распространяются в прежнем направлении (вдоль оси ) с одинаковой скоростью, т. е. нет двойного лучепреломления. Состояние поляризации волны в кристалле будет таким же, как у падающей волны. Контрольные вопросы Каким условиям должны удовлетворять векторы Е и В на границе аиизотропной среды? Как злектромагиитная теория объясняет понвление двух преломленных волн при падении плоской волны на поверхность одноосного кристалла? Используя построение преломленных лучей ~ю Гюйгенсу, выяснить, при какой ориентации оптической оси преломление необыкновенной волны на поверхности одноосяого кристалла описывается обычным законом, т.
е. з1пчйз1пеы.-сепах При каиих условиях преломленный луч остается а плоскости падения и при каких -- выходит из неез *г. поиирмвмцспнные Особенности преломления света на границе аннзотропной среды можно использовать для получения поляризованного света. Вместо отдельного кристалла для этой цели более удобными оказываются их комбинации, называемые поляризационными призмами.
Наиболее подходящий материал для их изготовления — исландский шпаг, у которого сравнительно велико различие между обыкновенным и необыкновенным показателями преломления (п,=1,658; п,=1,486), реже применяют кварц (п,=1,544; п,=1,553). Первая поляризационная призма была изобретена Ннколем в 1828 г. Она изготовляется из полученного раскалываиием по плоскостям спайности куска исландского шпата, длина которо~о 191 4.13 Хол лучей (а) и вил торцовой плоск««сти (б) в призме Николя а - «ов лучей, б ввл торцовой алас«оста примерно в 3,5 раза больше толщины. Торцовые основания АВ и С0 (рис. 4.13,а) сошлифовывают под углом 68 к его длинным ребрам (вместо 71' у естественного кристалла). Затем кристалл разрезается по плоскости, перпендикулярной торцовым поверхностям (рис.
4.!З,б), и отшлифованные половинки склеиваютсн в прежнем положении канадским бальзамом, образующим между ними тонкий прозрачный слой с показателем преломления и= =1,549, имеющим промежуточное значение между по и и,. Для обыкновенного луча канадский бальзам представляет собой оптически менее плотную среду, для необыкновенного — более плотную. Поэтому обыкновенный луч может преодолеть слой бальзама только тогда, когда его угол падения на плоскость разреза меньше предельного угла полного отражения тр (см. 9 3.3), определяемого условием тйптр =и/и =1,549/1,658.
В данном случае тр =69 и обыкновенные лучи, идущие параллельно длинным ребрам призмы (и под небольшими углами к ним), устраняются за счет полного отражения. Необыкновенный луч, поляризованный в плоскости главного сечения, частично проходит через слой канадского бальзама, так как для него полное отражение исключено. В результате выходящий нз призмы Николя параллельно своему направлению входа луч оказывается полностью поляризованным.
!Толное отражение обыкновенного луча происходит лиц~ь тогда, когда углы падения света на входную грань призмы лежат в определенных пределах. Угол между крайними лучами падающего пучка (29'), удовлетворяющими этому условию, определяет апертуру полной поляризации призмы. Сутцегггвует много модификаций призмы Николя. Для работы в ультрафиолетовой области спектра канадский бальзам непригоден из-за сильного поглощения, поэтому используют призму Фуко с тонкой воздушной прослойкой. Полное отражение обыкновенного луча в плоскости разреза происходит при меньших углах, и призма Фуко получается значительно короче николя, но апертура ее полной поляризации составляет всего 8'. Иногда необходимо из падающего света получать сразу два луча, поляризованных в перпендикулярных направлениях.
Служащие для этой цели поляризационные призмы называются двухлучгвыми. 192 ,'йтг)вйз них наибольшим совершенством от- й д личается призма Волласгона (рис 4.14). Две прямоугольные призмы склеены по гипотенузам так, что их оптические оси (показанные на рисунке линиями и точками) взаимно перпендикулярны. Обыкновенный и необыкновенный лучи, возникающие в первой призме при падении света по нормали к входной грани АС, идут по одному (прежнему) направлению. Во с разинь Холл чей в и изме В л сто . ми скоростями: по=с/я и п,=с/и, Необыкновенный луч, в котором колебания вектора Е происходят в плоскости чертежа, при переходе во вторую призму будет распространяться как обыкновенный, так как колебания в нем перпендикулярны оптической оси второй призмы. Его преломление на границе призм АВ происходит, как при переходе между изотропными средами с показателями преломления пс=л, и пе=п„.
И наоборот, у обыкновенного луча первой призмы после перехода его во вторую призму колебания окажутся направленными вдоль оси; преломление на границе соответствует случаю п~ =и и яз=п,. При п,)п„ (исландский шпат) первый луч отклонится в сторону ребра О, второй — в противоположную сторону. Этим обеспечивается угловое разведение выходящих из призмы пучков света, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях (см. задачу 1).
Кроме описанных выше поляризационных призм широкое распространение для получения поляризованного света нашли устройства, действие которых основано на явлении дихроизма, заключающемся в зависимости поглощения света в некоторых средах от направления колебаний. Сильным дихроизмом обладают кристаллы турмалина, в которых обыкновенный луч поглощается значительно больше необыкновенного. При достаточной толщине пластинки турмалииа (ж! мм) выходящий из нее свет будет практически полностью поляризован.
Но для некоторых участков спектра необыкновенный луч тоже испытывает заметное поглощение, что ограничивает применение турмалина в качестве поляризатора. Очень удобны в обращении поляриза- ционные устройства из синтетических дихроичных материалов, известные в обиходе как поляроидвй Поляроид представляет собой пленку целлулоида или другого прозрачного материала, в которую вкраплены определенным образом ориентированные микроскопические кристаллики сильно дихроичного вещества, обычно герапатита или других родственных ему соединений. Таким способом получают листы большой плошади, обеспечивающие высокую степень поляризации проходящего света при больших апертурах практически во всей видимой области спектра и имеющие сравнительно небольшую стоимость. Недостатки 7 — !205 192 поляроидов связаны со спектральной селективностью поглощения герапатита, из-за чего фиолетовая часть спектра оказывается поляризованной лишь частично, а пленка получается неодинаково прозрачной для лучей разного цвета.
Коитрольиые вопросы Какое явление использоваио в призме Николя для удаления одного из лучей? Каково иаправлеиие яапряжеииости электрического поля в выходягпем из призмы Николя луче (по отиошеиию к ее ребрам)? Почему иа диагональной плоскости призмы Волластоиа происходит расшеплеиие падающего луча? Задача Призыв Волластоиа (рис. 4.14) из исландского шпата (и„= 1,668; л,= =1,486) имеет преломляющий угол а= — 16".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
