Двойное лучепpеломление. Поляpизационные пpизмы и поляpоиды. Явление дихpоизма

Большинство кристаллов электрически анизотропно. Их диэлектрическая проницаемость и показатель преломления зависят от направления вектора световой волны. В таких кристаллах имеет место явление двойного лучепреломления. Луч света, падающий на поверхность кристалла, раздваивается на 2 преломлённых луча (рис.).

Один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления света и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к нему. Его называют обыкновенным и обозначают на схемах символом о.

Второй луч называют необыкновенным и обозначают на схемах символом е. Необыкновенный луч не подчиняется закону преломления света и не лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к нему.

Оптической осью кристалла называют направление, вдоль которого свет распространяется, не испытывая двойного лучепреломления.

В зависимости от типа симметрии кристаллы бывают одноосными либо двухосными (то есть имеют одну или две оптические оси). Примером одноосного кристалла является исландский шпат (CaCO₃). В дальнейшем мы будем рассматривать только одноосные кристаллы.

Главным сечением или главной плоскостью одноосного кристалла для какого-либо луча называют плоскость, проходящую через этот луч и оптическую ось.

Исследования обыкновенного и необыкновенного лучей показывают, что оба эти луча поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Плоскость колебаний светового вектора обыкновенного луча перпендикулярна главному сечению кристалла. Колебания светового вектора в необыкновенном луче происходят в плоскости, совпадающей с главным сечением кристалла.

Двойное лучепpеломление объясняется анизотропией кристаллов, в частности, зависимостью диэлектрической проницаемости от направления. В одноосных кристаллах эту зависимость можно показать с помощью эллипсоида вращения (рис.).

Отрезок от центра эллипсоида до некоторой точки на его поверхности равен диэлектрической проницаемости e. Показатель преломления , следовательно, электромагнитным волнам с различным направлением колебаний светового вектора соответствуют различные значения показателя преломления . Например, показатель преломления обыкновенного луча в исландском шпате . Показатель преломления необыкновенного луча непостоянен и зависит от его направления.

Чтобы отделить друг от друга обыкновенный и необыкновенный луч используется поляризационная призма Николя. Она состоит из двух частей кристалла исландского шпата, распиленного и склеенного затем канадским бальзамом (смолой канадской сосны) (рис.).

Луч естественного света, входя в призму Николя, делится на обыкновенный и необыкновенный (рис.). Обыкновенный луч испытывает полное отражение на слое канадского бальзама, так как его показатель преломления () больше показателя преломления канадского бальзама (), а угол падения больше предельного угла, после которого начинается полное отражение.

Необыкновенный луч проходит слой канадского бальзама, не испытывая полного отражения, так как для него в данном направлении показатель преломления () меньше показателя преломления канадского бальзама ().

Призма Николя используется как поляризатор для получения поляризованного света из естественного. Она используется также как анализатор для определения плоскости поляризации поляризованного света.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается значительно сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Пример сильно дихроичного кристалла – кристалл турмалина. В нём обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине 1 мм. Это же явление имеет место в поляроидных плёнках*.

* Например, воздействие света на фотоэлемент, фотопластинку, сетчатку человеческого глаза

* Интерференциея света – частный случай интерференции волн.

[1] С пектральный анализ - один из важнейших методов исследования.

* Поляроидная плёнка – целлулоидная плёнка, в которую введены кристаллики дихроичного вещества - герапатита (сульфата йодистого хинина)