Учебное пособие по курсу Оптика - Колмаков Ю.Н.
Скачать (прямая ссылка):
правлена произвольно? Для определения направления о и е лучей используют построение Гюйгенса (изображенное на следующем рисунке).
Пусть плоская волна (лучи КО и BA) падает из вакуума на плоскую границу изотропной среды с показателем преломления п. От каждой точки поверхности, в момент попадания на нее волнового фронта OB, начинает расходиться вторичная сферическая
волна со скоростью и = — . Касательная к
п
этим сферам образует новый волновой фронт AD. Перпендикуляр OD к нему - это направление распространения преломленного светового луча. Из рисунка легко видеть: BA = с -t = OAsmql; OD =v -i = OAsimp2. Отсюда получаем закон преломления: Sincp1 с _п2 Sincp2 U H1
Применим построение Гюйгенса к анизотропному, одноосному, отрицательному кристаллу (п0 > пе) (без потери общности можно рассмотреть случай (;п0<пе)).
1. Плоскость падения перпендикулярна оптической оси (OO), которая параллельна границе кристалла.
Это случай 0 = у поэтому по = д/є/ и
пе = д/Sjj не зависят от направления. Обыкновенный луч отклоняется сильнее, чем необыкновенный (п0 >пе).
В случае нормального падения лучи не отклоняются, но имеют разные
касательные
скорости:
с с
ие= — >ио=—. п„ и
вакуум
среда
2. Оптическая ось лежит в плоскости падения и параллельна границе кристалла.
Случай 0 < 0 <
71
П„ = л/е
зависит от направления. При п0>пе е-луч отклоняется сильнее, чем о-луч.
При нормальном падении
(0 = Y ) лучи не отклоняются, но имеют разные скорости. Ill
3. Оптическая ось лежит в плоскости падения и перпендикулярна границе кристалла.
71
В случае О < 0 < —
п„ = Je
зависит от направления. При п0>пе о-луч отклоняется сильнее, чем е-луч.
При нормальном падении (0=0) лучи не отклоняются и имеют одинаковые скорости.
ГМД. СВЕТ
ПАД.СВЕТ
4. Оптическая ось лежит в плоскости падения под произвольным углом к границе кристалла.
Тогда пе = д/є7 зависит от направления.
При нормальном падении е-луч отклоняется от нормали!
BOrlHOBOH ФРОНТ ПРИ HOPMrtrIbHOM ПАДЕНИИ
3. Поляризационные призмы и поляроиды. Явление дихроизма. Закон Мал юса
Так как ей о лучи в анизотропных средах расходятся, то можно выделить один из них, т.е. получить плоскополяризованный свет. Такие системы называются поляризаторами.
В некоторых кристаллах различие п0 и петт достигает большой величины.
Так для кварца п0 = 1,544 < петт = 1,553 (положительный кристалл).
Для исландского шпата п0 = 1,658 > петт = 1,468 (отрицательный кристалл). Тогда один из лучей можно убрать с помощью явления полного внутреннего отражения точно так же, как это делалось в рефрактометре Аббе - это призма Николя. 112
На рисунке изображена призма Николя из исландского шпата. Две призмы склеены слоем канадского бальзама, причем п0 > пБ > пе, т.е. выполняется условие полного внутреннего отражения для о - луча. При угле 68° е - луч проходит через призму луч 5СЗ отклонения. Обычно на кристалл падает расходящийся пучок света и не для всех углов выполняется условие полного внутреннего отражения. Угол 0 между крайними лучами пучка, для которого это условие выполнено, называется апертурой полной поляризации призмы. Для призмы Николя из исландского шпата 0 = 29°.
В ультрафиолетовой области канадский бальзам поглощает свет и не пригоден. Тогда используют призму Фуко с тонкой воздушной прослойкой, но для нее 0 < 8°.
Можно получить и два плоскополяризованных луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Для этого надо развести в стороны о- и е-лучи, как это делают в призме Волластона из исландского шпата, в которых оптические оси двух склеенных призм взаимно перпендикулярны. О-луч
Sincp1
и,
в первой призме станет е - лучом во второй призме и для него
Sin ср 2
ср2 < Cp1, а е-луч в первой среде превратится в о-луч во второй среде и для него
Sin ф J
і і Tt
= — = — <1; ф2 >ф,. Обыкновенный и необыкновенный лучи отклоняют-
п,
ест
свет
герапатит
Sin ф 2
ся в разные стороны!
В некоторых анизотропных средах наблюдается явление дихроизма -сильного поглощения одного из лучей. Так в кристалле турмалина о-луч поглощается на расстоянии ~ 1 мм и слой турмалина может служить поляризатором, пропускающим только плоскополяризованный е-луч (такие поляризаторы не всегда удобны, т.к. в некоторых участках спектра сильно поглощается и е-луч). Поэтому на практике используют синтетические дихроические материалы или поляроиды - это прозрачная полимерная пленка (целлулоид), в которую
плоско поляр. свет 113
вкраплены ориентированные кристаллики сильно дихроичного вещества (обычно герапатита) микроскопического размера.
Такой поляроид гибок, обладает большой площадью, но в фиолетовой области герапатит поглощает хуже и свет выходит частично поляризованным.
Другой способ получения поляроидов - специальная среда с односторонней проводимостью. Пусть, например, электромагнитная волна падает на сетку из множества длинных, параллельных, тонких проволочек.
Параллельная проволочкам составляющая En вызывает в них ток j = аЁп. Точно так же, как при падении электромагнитной волны на поверхность металла, возникнут вторичные волны, колеблющиеся в противофазе с En и очень быстро гасящие ее. Т.е. составляющая Eu не проникает за сетку. Но перпендикулярная к проволочкам составляющая El = Enad cos а не вызывает тока(в этом направлении сетка ток не проводит) и проникает за сетку.
