yavor2 (553175), страница 29
Текст из файла (страница 29)
К числу двоякопреломляющих кристаллов относится кальцит СаСО, (иначе он называется исландский шпат), кварц и т. и. Кальцит представляет собой кристалл с гексагональной решеткой (см. 3 33.2); ось симметрии шестиугольной призмы, образующен его ячейку (см. рис. 33,4 и 32.3), называется оптической осью. б) а) 2. Вырежем из кристалла кальцита пластинку так, чтобы ее грани были перпендикулярны оптической оси (рис. 64.4). Вид сбоку на эту пластинку и направление оптической оси показаны на рио. 64.4, б.
Заметим, что оптическая ось — это не линия, а направление в кристалле. Любая прямая М'У', параллельная направлению МУ, также является оптической осью. Главной плоскостью кристалла назовем плоскость, которая проходит через световой луч н оптическую ось кристалла. 3. Если направить луч света вдоль оптической оси, то никакие изменения в нем не произойдут благодаря полной симметрии структуры вещества относительно этого направления.
Если же направить Г4З луч под углом к оптической оси, то он разобьется на два луча (рис. 64.5), из которых один называется обыкновенным, второй— необыкиовенныл4. Причина такого их наименования следующая. Закон преломления з!и 44, =- п ып а (63.2) выполняется по-разному для обоих лучей. У обыкновенного луча показатель преломления от угла падения не зависит: а,4 1,658 для любых углов падения.
Следовательно, н скорость распространения обыкновенного луча и,с=с!ц„б во всех направлениях одна и та же. бстсстд Что касается необыкновенлст ного луча, то у него показав~ тель преломления и „4 зави- сит от направления распросзстч лсс страненпя света. Именно, вдоль оптической оси показа- ф тели преломления иеобыкноРкс. 64.6.
венного и обыкновенного лу- ЧЕй СОВПалаЮт (ал,„„=- Ц,с =- = 1,658), а в перпендикулярном оптической оси направлении и„„„= 1,486. Отсюда следует, что вдоль оптической оси скорость световой волны одна и та же для обыкновенного и необыкновенного луча, а в других направлениях скорость необыкновенной волны у кальцита больше, чем обыкновенной. Наибольшая разница между скоростями обеих волн возникает в направлении, перпендикулярном оптической оси. Здесь скорость необыкновенной волны на !1,5% больше, чем обыкновенной. 4.
Заметим, что все данные мы привели выше для желтого света с длиной волны Х = 5893 А. Значения показателя преломления для других длин волн приведены в табл. 64.1. Таблица 64.1 $ 64.4. Причина двойного лучепреломления 1. Определим с помощью анализатора направление колебаний светового вектора (т.
е. электрического вектора Е) в необыкновенной и обыкновенной волнах. Оказывается, в обыкновенной волне колебания вектора Е происходят перпендикулярно главной пло- !44 скости, что на рис. 64.5 показано точками на луче. В необыкновенной волне электрический вектор колеблется в главной плоскости кристалла, что показано на рис. 64.5 стрелками. Различие в скоростях обеих волн и, как следствие, в их показателях преломления можно на этой основе объяснить следующим образом.
В анизотропных телах (за исключением кристаллов с кубической решеткой) сила взаимодействия между электронным облаком и решеткой в разных кристаллографических направлениях различна. В результате и собственная частота колебаний электронного облака будет зависеть от того, в каком направлении станут колебаться электроны под действием световой волны.
А это согласно формуле (63.15) в свою очередь приведет к разным значениям показателя преломления и скорости волны в разных направлениях. 2. Пусть колебания электронного облака в кристалле возбуждаются волной, колебания которой перпендикулярны главной плоскости; на рис. 64.5 это обыкновенная волна. Допустим, что в этом случае собственная частота колебаний электронного облака не зависит от направления распространения волны.
Тогда согласно (63.15) и показатель преломления не зависит от направления волны. Мы видим, что в этом случае скорость распространения света во всех направлениях будет одинаковой. А именно такими свойствами обладает обыкновенный луч. 3. Пусть теперь колебания электронного облака возбуждаются волной, колебания которой происходят в главной плоскости; иа рис. 64.5 это необыкновенная волна.
Опыт показывает, что вэтом случае показатель преломления зависит от направления луча; это можно объяснить, предполагая, что собственная частота колебаний электронного облака зависит от того, в каком направлении колеблется вектор Е, возбуждающий эти колебания. Из неравенства собственных частот следует согласно (63.15) НЕраВЕНСтВО ПОКаЗатЕЛЕй ПрЕЛОМЛЕНИя: ЕСЛИ Юеа"б =~ Ю'б, тО И аье ~= а,ю; то же относится и к скоростям распространения этих волн.
Мы видим, что на основе электронных представлений можно по крайней мере качественно объяснить причину двойного лучепреломления в кристаллах. 4. Явление днойного лучепреломлення в кальцнте открыл Бартолнн в 1669 г. Гюйгенс в 1690 г. дал формальную теорию явления, выдвннув предположение, что оба луча имеют разную скорость; однако причину этого он объяснить не мог. Мысль о том, что различие в скорости распространения обоих лучей вызвано какнмн-то внутренпнмн особенностямн самих лучей, принадлежит Ньютону н была нм выдвинута в его знвменнтой «Оптнке» (1704 г.). В 1808 г. Малюс возроднл представ. пеняя Ньютона, объясннв особенности лучей, возникающих прн двойном луче- преломлении, нх «полярнымн» свойствами — аналогично полюсам магнита. В связн с этнм ов н ввел понктне о полнрнзацнн света.
Юнг н Френель, обосновавщне с помощью явлений нвтерференцнн н днфракцнн волновую природу света, пытались объяснять явление поляризации света на основе волновых представленнй. Онн поннмалн, что для этого надо считать световые волны поперечными; Френель обосновал это свойство световых волн с помощью ряда эхспернментов н рассуждений. Однако создать теорию упругого эфира, в котором возннкают поперечные волны, не имеющие продольной составляющей, не 146 удавалось — приходилось наделять эфир противоречивыми свойстиами. Таким образом, явлеяие поляризации света пикав яе укладывалась и теорию упругого сиеаоиосиого эфира. Устранить эти противоречия удалось толька иа основе максиелловской электромагнитной теории света, сделаишей ненужным само понятие эфира, Однако это стало исаа лишь после создания теории отиосительвости.
6 64.6. Дихроизм луч Риа, б4.6 й 64.6. Поляроид — поляризатор и анализатор 1. Поляризацнонные приборы (иначе — поляризапюры) превращают естественный сает в линейно поляризованный. Все они работают по принципу отделения обыкновенного луча от необыкновенного. Примером поляризатора может служить пластинка турмалина (у 64.5). В настоящее время широкое применение получили поляроиды.
Для изготовления полароида между двумя пластинами стекла или оргстекла закчепчается пленка нз дпхроичного вещества, практи- 146 1. Существуют кристаллы, которые по-разному поглощают обыкновенный и необыкновенный лучи. Так, если на кристалл турмалииа направить пучок естественного света перпендикулярно направлению оптической оси, то при толщине пластинки всего лишь в несколько миллиметров обыкновенный луч полностью поглотится, а из кристалла выйдет только необыкновенный луч (рис.
64.6). Различный характер поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей Еглгегзгг йгэ5ыкы — называется анизотропией поглощения или дихроизмом. 2. Для объяснения этого явления вспомним, что сильное поглощение электромагнитных волн наблюдается в области аномальной дисперсии, т. е. когда частота колебаний волны близка к собственной частоте колебаний электронного облака 8 63.7). Но в предыдущем параграфе мы показали, что в анизотропных веществах ш'о чь шая а.
А отсюда следует, что если, например, частота волны близка к собственной частоте колебаний электронного облака в направлении, перпендикулярном главной плоскости (т. е. аж шова), то обыкновенная составляющая волны сильно поглощается. Необыкновенная волна, длЯ котоРой ш~ шва"э, поглощаетсЯ значительно слабее. Как видно, на основе электронных представлений мы качественно объяснили не только анизотропию преломления (двойное луче- преломление), но и следствие из него — анизотропию поглощения (дихроизм).
Ясно, что дихроизмом в той или иной степени должны обладать все двоякопреломляющие кристаллы, но у разных веществ анизотропня поглощения проявляется по-разному. чески полностью поглощающая обыкновенный луч; вся эта система закрепляется в оправе. Дешевизна поляроидов и возможность изготовления пластин с большой плошадью обеспечили их широкое применение на практике. Вместе с тем у них есть недостатки— онн дают окрашенный свет; кроме того, они хорошо работают только в относительно узком спектральном диапазоне.
2. С помощью поляроида можно проанализировать характер поляризации света; если окажется, что свет линейно поляризован, то можно определить направление колебаний электрического вектора (плоскость колебаний). б/ Рис. 64.7. Пусть линейно поляризованная волна падает на поляроид так, что направление колебаний электрического вектора совпадает о направлением оптической оси полароида (рис. 64.7, а); иными словами — плоскость колебаний совпадает с главной плоскостью кристалла. А это означает, что в кристалле распространяется необыкновенная волна (~ 64.4), которую он слабо поглощает.
Свет пройдет чеьвез поляроид и будет воспринят глазом. Повернем поляроид на 90 (рис. 64.7, б). Тогда эта же волна оказывается обыкновенной, так как плоскость колебаний перпендикулярна главной плоскости кристалла. Но поляроид сильно поглощает обыкновенную волну, и свет сквозь поляроид не пройдет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
