Распространение света в анизотропных средах. Поляризация при двойном лучепреломлении. Призма Николя. Призма Волластона.

Важный случай Интерференция света - интерференция поляризованных лучей (см. Поляризация света). В общем случае, когда складываются две различно поляризованные когерентные световые волны, происходит векторное сложение их амплитуд, что приводит к эллиптической поляризации. Это явление наблюдается, например, при прохождении линейно поляризованного света через анизотропные среды. Попадая в такую среду, линейно поляризованный луч разделяется на 2 когерентных, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча. Вследствие различного состояния поляризации скорость их распространения в этой среде различна и между ними возникает разность фаз D, зависящая от расстояния, пройденного в веществе.

Призма Николя (сокр. николь) — поляризационное устройство, в основе принципа действия которого лежат эффекты двойного лучепреломления и полного внутреннего отражения.

1.Призма Николя представляет собой две одинаковые треугольные призмы из исландского шпата, склеенные тонким слоем канадского бальзама. Призмы вытачиваются так, чтобы торец был скошен под углом 68° относительно направления проходящего света, а склеиваемые стороны составляли прямой угол с торцами. При этом оптическая ось кристалла (AB) находится под углом 64° с направлением света.
Свет с произвольной поляризацией, проходя через торец призмы испытывает двойное лучепреломление, расщепляясь на два луча — обыкновенный, имеющий горизонтальную плоскость поляризации (AO) и необыкновенный, с вертикальной плоскостью поляризации (АE). После чего обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение о плоскость склеивания и выходит через боковую поверхность. Необыкновенный беспрепятственно выходит через противоположный торец призмы.

2. Классическим кристаллом, служащим для изучения эффекта является кристалл исландского шпата ( ). Этот кристалл имеет форму параллелепипеда с углами 78˚ и 102˚ (рис. 11.1). При прохождении света через кристалл луч раздваивается. Это явление носит

название двойное лучепреломление. Оно заключается в том, что свет, падающий на кристалл, преломляясь, создает не один преломленный луч, как в изотропных средах, а два, идущие в общем случае в различных направлениях и с разными скоростями. Лучи поляризованы в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Один из лучей (обыкновенный) имеет для всех направлений одно и то же значение показателя преломления, для другого луча (необыкновенного) показатель преломления зависит от направления луча. Для исландского шпата . Даже если луч света падает на поверхность кристалла нормально, один из лучей отклоняется (рис.11.2), и если кристалл вращать вокруг направления падающего луча, этот необыкновенный луч вращается тоже. В кристалле исландского шпата есть одно направление, при распространении света вдоль которого оба луча имеют один и тот же показатель преломления (рис.11.3). Это направление – оптическая оськристалла. Кристалл исландского шпата – одноосный. Существуют кристаллы (двухосные) в которых есть два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления. Однако тогда оба луча необыкновенные.

8. Эллипсоид лучевых скоростей. Двуосные и одноосные кристаллы.

Рассмотрим эллипсоид

Учтя, что , запишем эллипсоид так

Это – лучевой эллипсоид или эллипсоид Френеля. Главные оси эллипсоида пропорциональны скорости распространения света. Действительно, пусть свет распространяется по оси x а вектор Е направлен по оси y, тогда скорость света пропорциональна , т.е. пропорциональна длине главной оси эллипсоида по оси Oy.

ДВУОСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, кристаллы, в к-рых происходит двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них луча света, кроме двух, каждое из к-рых наз. оптической осью кристалла.

ОДНООСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, кристаллы, в к-рых происходит двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них луча света, кроме одного, наз. оптической осью кристалла. Двуосный кристалл - кристалл, в котором имеется две оптические оси. Одноосный кристалл - кристалл, в котором имеется лишь одна оптическая ось.

Закон Малюса

Закон Малюса — зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где I ₀ — интенсивность падающего на поляризатор света, I — интенсивность света, выходящего из поляризатора, k_a - коэффициент прозрачности поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где ω и - циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах.