Поляризация при двойном лучепреломлением

В природе существуют кристаллы (например исландский шпат), которые дают двойное преломление. Если смотреть через такой кристалл перпендикулярно к грани кристалла на предмет, то мы видим два изображения: одно неподвижное, а второе перемещается по мере вращения кристалла. Первое изображение называется о б ы к н о в е н н ы м, а второе н е о б ы к н о в е н н ы м. Это явление объясняется следующим образом. Кристаллы – тела анизотропные, их физические свойства, например скорость распространения световых колебаний, различны в различных направлениях. Но особенностью кристалла является то, что в нем можно выделить так называемую о п т и ч е с к у ю о с ь. Она характеризуется следующим: свойства кристалла одинаковы во всех тех направлениях, которые составляют с оптической осью кристалла равные углы. Это свойство справедливо для угла любой величины. Необходимо отметить, что оптическая ось не есть определенная линия, а только определенное направление. Плоскость, проходящая через падающий луч и оптическую ось кристалла, называется г л а в н ы м с е ч е н и е м кристалла.

Скорость распространения света в кристалле будет зависеть от угла j между направлением колебаний и направлением главной оси кристалла u=u(j).

Если луч света идет вдоль оптической оси кристалла, то все его колебания будут перпендикулярны к оптической оси (j=90⁰) и, следовательно, будут распространяться с одной и той же скоростью. Луч в этом случае не раздваивается и двойного изображения не будет.

Пусть луч света падает на кристалл под некоторым углом j /рис.4/ к его оптической оси ОО. Разложим колебания в падающем луче на два взаимно перпендикулярных колебания: колебания, происходящие в плоскости главного сечения /плоскость чертежа/, и колебания, происходящие в плоскости, перпендикулярной главному сечению. Колебания, перпендикулярные к главному сечению кристалла/ на рис.4 обозначены точками/, будут распространяться в кристалле с той же скоростью, как и колебания луча, идущего вдоль оптической оси, так как при любом угле падения они составляют с осью кристалла угол 90⁰.

Колебания, расположенные в плоскости главного сечения кристалла/ на рис.4 обозначены черточками/, будут распространяться с другой скоростью, т.к. они составляют с осью кристалла другой угол, равный 90⁰ –j.

По закону преломления:

n = =

где с – скорость распространения света в вакууме;

u – скорость распространения света в данной среде;

a – угол падения; b – угол преломления.

Так как скорость распространения колебаний в кристалле зависит от угла j, т.е. u=u/j/, то колебания, перпендикулярные к главному сечению, и колебания, лежащие в плоскости главного сечения, будут распространяться в кристалле с различной скоростью и, следовательно, будут иметь различный показатель преломления Но при различном показателе преломления будут различны и углы преломления. В этом случае луч света раздваивается и дает двойное изображение. Лучи, колебания которых перпендикулярны к плоскости главного сечения, называются обыкновенными лучами, они дают неподвижное изображение. Лучи, колебания которых расположены в плоскости главного сечения, называются необыкновенными лучами. Они не подчиняются закону преломления /показатель преломления зависит от угла падения/ и дают подвижное изображение, так как с поворотом кристалла изменится показатель преломления, а вместе с ним изменится и угол преломления.

Лучи обыкновенные и необыкновенные являются одновременно лучами поляризованными: обыкновенный луч поляризован в плоскости главного сечения, а необыкновенный луч поляризован в плоскости, перпендикулярной к плоскости главного сечения. Плоскости поляризации обыкновенного и необыкновенного лучей взаимно перпендикулярны.

Наибольшее различие в скоростях распространения лучей имеет место при распространении в направлении, перпендикулярном к главной оптической оси кристалла.