physics_saveliev_3 (535941), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Предположим для простоты, что отражение и преломление происходит на границе диэлектрика с вакуумом, Падающая световая волна, проникнув в диэлектрик, заставляет входящие в состав атомов электрические заряды совершать вынужденные колебания. Колеблющиеся заряды излучают электромагнитные волны (см.
т. П, 9 1!4), которые мы назовем вторичными. Вне диэлектрика вторичные волны, налагаясь друг на друга, дают отраженную волну. Внутри диэлектрика вторичные волны складываются с падающей (первичной) волной. Результирующая первичной и вторичной волн дает преломленную волну. Вынужденные колебания зарядов совершаются в направлении вектора Е этой результирующей волны. Рассмотрим один из зарядов, излучающих вторичную волну. Разложим колебание этого заряда на два колебания, одно из которых совершается в плоскости падения (на рис.
112 это колебание изображено сплошной двусторонней стрелкой), второе — в направлении, пер- !62 пендикулярном к этой плоскости (оно изображено пунктирной двусторонней стрелкой). Каждому из колебаний соответствует плоскополяризованная вторичная волна. Излучение колеблющегося заряда имеет направленный характер (см. т. П, рис. 246). Сильнее всего заряд излучает в направлениях, перпендикулярных к направлению колебаний; в направлении колебаний заряд не излучает. Сплошные и пунктирные лепестки на рис. 112 изобра- Преламленньй жают диаграммы направ- .ту~ ленности соответствующих колебаний. Из рисунка видно, что в направлении отраженного луча интенсивность волны с плоскостью колебаний, перпендикулярной к плоскости падения (пунктирный лепесток), намного превышает интенсивность волны, в которой вектор Е колеблется в плоскости падения (сплошной лепесток).
Следовательно, в отраженном луче колебания, перпендикулярные к плоскости падения, преобладают над колебаниями иных направлений — отраженный луч будет частично поляризован. При падении света под углом Брюстера направление колебаний заряда, параллельных плоскости падения (сплошная двусторонняя стрелка), совпадает с направлением отраженного луча, так что интенсивность излучения волны с соответствующим направлением поляризации обращается в нуль — отраженный луч оказывается полностью поляризованным. В естественном падающем луче интенсивность колебаний различных направлений одинакова.
Энергия этих колебаний распределяется между отраженной и преломленной волной. Поэтому, если в отраженном луче будет больше интенсивность колебаний одного направления, то в силу закона сохранения энергии в преломленном луче должна быть больше интенсивность колебаний другого направления, Отсюда следует, что преломленный луч будет частично поляризован. 6* 163 Поляризация происходит также при рассеянии света на частицах, значительно меньших длины световой волны. Рассеиваемый пучок света вызывает в частицах колебания зарядов, направления которых лежат в плоскости, перпендикулярной к пучку (рис.
113). Коле-' аунан бания вектора Е во вторичной волне происходят в плоскости, проходящей аалФжм через направление колебаний зарядов (см. т. П, рис. 245). Поэтому свет, Налрааенаа рассеиваемый частицана айнаа ми в направлениях, перРис. 1!3. пендикулярных к пучку, будет полностью поляризован. В направлениях, образующих с пучком угол, отличный от я/2, рассеянный свет поляризован только частично. ф 30. Поляризация прн двойном лучепреломлении При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление, получившее название двойного луче преломления, было наблюдено в 1670 г. Эразмом Бартоломином для исландского шпата (разновидность углекислого кальция, СаСОи — кристаллы гексагональной системы).
При двойном лучепреломлении один из а лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным Рис. ! !4. и обозначается на чертежах буквой о. Для другого луча, называемого не о бы к н- овенны (его принято обозначать буквой е),отношение ейп !!/з(п !и не остается постоянным при изменении угла падения, Даже при нормальном падении необь)кновенный луч, вообще говоря, отклоняется от первоначального направления (рис. 114). Кроме того, необыкновенный !В4 луч ие лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.
Явление двойного лучепреломления наблюдается для всех прозрачных кристаллов, за исключением принадлежащих к кубической системе. У так называемых одноо с н ы х кристаллов имеется направление, вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла. Следует иметь в виду, что оптическая ось — это не прямая линия, проходящая через кзкую-то точку кристалла, а определеное направление в кристалле.
Любая прямая, параллельная данному направлению, является оптической осью кристалла. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением или главной пл о с к о с т ь ю кристалла. Обычно пользуются главным сечением, проходящим через световой луч. Исследование обыкновенного и необыкновенного лучей с помощью, например, стеклянного зеркала показывает, что оба луча полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях (см.
рис. 114). Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к главному сечению кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости, совпадающей с главным сечением. По выходе из 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 зм ом. Весьма сильным дихроизмом в видимых лучах обладает кристалл турмалина. В нем обыкновенный луч практически полностью поглощается иа длине 1 мм, Таким же свойством обладает поляроид — целлулоидная пленка, в которую введено большое количество одинаково ориентированных кристалликов сульфата йодистого хинина (в этих кристаллах один из лучей поглощается на пути примерно в О,! мм). Следовательно, поляроид может быть использован в качестве поляризатора.
!Сб Большое распространение получил поляризатор, называемый призмой Нйколя (или сокращенно просто н и к о л е м) . Он представляет собой призму из исландского шпата (рис. 115), разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом '). Показатель преломления канадского бальзама а лежит между показателями преломления и, и ла обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле (ла > п ) и,). Угол Рнс. 115. падения оказывается таким, что обыкновенный луч претерпевает на прослойке бальзама полное внутренневотраженне и отклоняется в сторону, необыкновенныи же луч свободно проходит через зту прослойку и выходит из призмы. Помимо одноосных кристаллов (таких как исландский шпат, турмалин, кварц) существуют д в у о с н ы е кристаллы (например, слюда, гипс), у которых имеется два направления, в которых свет не разделяется иа два луча, В таких кристаллах оба луча необыкновенные — показатели преломления для них зависят от направления в кристалле.
Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов. В кристаллах некубической системы зависимость от направления обнаруживает, в частности, диэлектрическая проницаемость в. В одноосных кристаллах в в направлении оптической оси и в направлениях, перпендикулярных к ней, имеет различные значения з„ и е . В других направлениях в имеет промежуточные значения. Если значения е для разных направлений ') Канадским бальзамом называется смоаообразное вещество, добываемое нз канадской пихты. Показатель преломления этого вещества близок к показателю преломления стекла, поэтому канадский бальзам применяется дня скленвання стеклянных частей в оптнче- скнх приборах.
в одноосном кристалле изображать отрезками, отложенными по этим направлениям из некоторой точки, то концы отрезков расположатся по поверхности эллипсоида вращения, ось симметрии которого совпадает с оптической осью кристалла. На рис. 116 показано сечение этого эл- ~Ь««~е««««риз «р«лГ««рр липсоида главнои плоскостью кристалла. В й 16 было показано, что и = )Ге (сз!. формулу (16.6)). Следовательно, из анизотропии е вытекает, что электромагнитным волнам с различными направлениями колебаний вектора Е соответствуют разные значения показателя преломления а. Рис. 1!В. Поэтому скорость световых волн в кристалле будет зависеть от направления колебаний светового вектора Е. Выше было указано, что в обыкновенном луче колебания светового вектора происходят в направлении, перпендикулярном к главному сечению кристалла (на рис. 1!7 эти колебания изображены точками на соответствующем луче).
Поэтому при любом направлении обыкновенного луча (на рисунке указаны три направления: 1, 2 и « 3) вектор Е образует с оптической осью кристалла прямой угол и скорость световой волны будет одна и та же, равная о,=с/Tе ! Изображая скорость обыкновенного луча в виде отрезков, отлоРис. 117, жениых по разным направлениям, мы получим сферическую поверхность.
На рис. 117 показано пересечение этой поверхности с плоскостью чертежа. Такая картина, как на рисунке, наблюдается в любом главном сечении, т. е. в любой плоскости, проходящей через оптическую ось кристалла. Представим себе, что в точке О кристалла 1ву ЯЛ~важ 1КИ «рмт«рррр помешается точечный источник света. Тогда построенная нами сфера будет не что иное, как волновая поверхность обыкновенных лучей в кристалле. Колебания в необыкновенном луче совершаются в главном сечении. Поэтому для разных лучей направления колебаний вектора Е (на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
