Меню

Когда возникает двойное лучепреломление света



Когда возникает двойное лучепреломление света

В 1669 г. датский ученый Эразм Бартолин опубликовал работу, в которой сообщил об открытии нового физического явления – двойного преломления света. Рассматривая преломление света в кристалле исландского шпата ( ), Бартолин обнаружил, что луч внутри кристалла расщепляется на два луча (рис. 11.7). Если кристалл поворачивать относительно направления первоначального луча, то поворачиваются оба луча, прошедшие через кристалл. Один из лучей вел себя согласно известному закону преломления света, а второй совершенно необычно. Поэтому Бартолин первый луч назвал обыкновенным, а второй необыкновенным.

Кроме того, Бартолин обнаружил, что луч света, падая в определенном направлении в кристалле исландского шпата, не раздваивается.

Объяснение этому явлению дал современник Бартолина — голландский ученый Христиан Гюйгенс. Он показал, что необычное поведение луча света, проходящего через исландский шпат, связано с анизотропией кристалла. Направление, вдоль которого падающий луч не раздваивается, Гюйгенс назвал оптической осью, и кристаллы, имеющие одну оптическую ось, – одноосными кристаллами (исландский шпат, турмалин). Оптические свойства одноосного кристалла одинаковы вдоль всех направлений, образующих один и тот же угол с оптической осью. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением кристалла. Существуют кристаллы, у которых имеются две оптические оси. Такие кристаллы называют двухосными (гипс, слюда).

В своей книге «Трактат о свете», изданной в Лейдене в 1690 г., Гюйгенс подробно объяснил явление двойного преломления света. Благодаря своим исследованиям Гюйгенс подошел к открытию явления поляризации света, однако решающего шага он сделать не смог, поскольку световые волны в его теории предполагались продольными.

Рассмотрим подробнее явление двойного лучепреломления. Оно заключается в том, что луч внутри кристалла расщепляется на два луча. Один из них подчиняется известному закону преломления Снеллиуса: , этот луч о обыкновенный, а другой не подчиняется – необыкновенный луч е. Выглядит это так, как показано на рис. 11.8, а.

а б

Исследования показали, что обыкновенный и необыкновенный лучи являются полностью поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях.

Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна главному сечению, а необыкновенного луча – совпадает с главным сечением. На выходе из кристалла оба луча распространяются в одинаковом направлении и различаются лишь направлением поляризации (рис. 11.8, б).

Явление двойного лучепреломления используется для получения поляризованного света.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого (дихроизм). Очень сильным дихроизмом в видимом свете обладает кристалл турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватой окраски). В нем обыкновенный луч практически полностью поглощается на длине 1 мм, а необыкновенный луч выходит из кристалла. В кристалле сульфата йодистого хинина один из лучей поглощается на длине 0,1 мм. Это явление используется для создания поляроидов. На выходе поляроида получается один поляризованный луч.

Читайте также:  Пятна перед глазами как после яркого света

Часто в качестве поляризатора используется так называемая призма Николя. Это призма из исландского шпата, разрезанная по диагонали и склеенная канадским бальзамом (рис. 11.9).

Показатель преломления канадского бальзама лежит между значениями показателей и для обыкновенного и необыкновенного лучей в исландском шпате ( ). За счет этого обыкновенный луч претерпевает на прослойке бальзама полное внутреннее отражение и отклоняется в сторону. Необыкновенный луч свободно проходит через эту прослойку и выходит из призмы.

Двойное лучепреломление объясняется анизотропией кристаллов. В таких кристаллах диэлектрическая проницаемость ε зависит от направления. В одноосных кристаллах диэлектрическая проницаемость в направлении оптической оси и в направлениях перпендикулярных к ней имеет разные значения.

Поскольку , а в диэлектриках μ = 1, то . Следовательно, из анизотропии ε вытекает, что электромагнитные волны разных направлений колебаний вектора имеют разный показатель преломления, и следовательно разную скорость распространения. Скорость распространения обыкновенного луча , а необыкновенного , причем необыкновенный луч распространяется перпендикулярно оптической оси кристалла. В соответствии с этим одноосные кристаллы характеризуются показателем преломления обыкновенного луча и показателем преломления необыкновенного луча . В зависимости от того, какая из скоростей или больше, различают положительные и отрицательные одноосные кристаллы. При условии, когда – кристалл положительный, отрицательный.

Источник

Двойное лучепреломление света

Виды световых лучей

Различают обыкновенный и необыкновенный лучи света.
Обыкновенный луч имеет вектор \(E_0 ⃗\) который направлен нормально к главной плоскости, на его скорость не влияет направление вектора, и она равняется скорости луча с направлением, коллинеарным оптической оси. Все величины, которые имеют отношение к обыкновенному лучу обозначаются индексом 0.

Необыкновенный луч имеет вектор \(E_0 ⃗\) , находящийся на главной плоскости, на скорость его распространения влияет направление, при чем если луч меняет направление, то меняется главная ось в разрезе эллипсоида. Все величины, которые имеют отношение к обыкновенному лучу обозначаются индексом е.
Отношение скоростей отрицательных кристаллов: \(v_0 v_е\) .

Понятие о двойном лучепреломлении

Двойное лучепреломление представляет явление раздвоения луча, проходящего сквозь кристалл. Это происходит благодаря тому, что лучи внутри кристалла могут распространяться с разной скоростью, что приводит к возникновению в процессе преломления нескольких лучей.
Этот эффект открыл в 1669 году ученый Э. Бартолинус, а исследовал и объяснил Х. Гюйгенс.

Частые примеры двойного преломления лучей

При перпендикулярности оптической оси относительно поверхности кристалла луч будет падать вдоль оптической оси, в этом случае характер его распространение будет таким же, как в изотропной среде, то есть двойного лучепреломления не будет. Если луч будет направляться под углом к поверхности кристалла, то двойное лучепреломление будет иметь место. При этом оно будет разным для разных типов кристаллов. Для отрицательного кристалла картина будет следующей: обыкновенный луч будет преломляться больше, чем необыкновенный. В случае с положительным кристаллом картина будет противоположная: необыкновенный луч будет преломляться сильнее, чем обыкновенный.

Читайте также:  Где лампочка ближнего света ваз 2114

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Если рассмотреть ситуацию, когда оптическая ось расположена параллельно поверхности кристалла, и луч направляется перпендикулярно поверхности кристалла, то в кристалле появятся два луча – обыкновенный и необыкновенный, но в пространстве они не будут разделяться. При выходе из кристалла они будут иметь разницу в фазах и создавать эллиптически поляризованную волну из-за суперпозиции. При подобном попадании на поверхность кристалла луча естественного света, выходящие из кристалла волны будут эллиптически поляризованными з разнообразными ориентированиями эллипсов.

Если на такой кристалл свет будет направлен под углом, то на двойное лучепреломление будет влиять угол между главной плоскостью и плоскостью направления луча.

Если допустить, что плоскость направления луча света расположена перпендикулярно оптической оси, и в ней расположены оба луча, то на преломление обыкновенного и необыкновенного лучей не будут влиять направления.

Если же плоскость распространения лучей расположена к оптической оси под углом отличным от 900, то ситуация с двойным лучепреломлением будет намного сложнее. Обыкновенный луч в данной ситуации будет расположен в плоскости падения, а необыкновенный окажется вне ее. Чтобы увидеть детальную картину, необходимо построить пространственную модель на базе построений Гюйгенса.

Закон Малюса

Закон Малюса позволяет определить интенсивность колебаний обыкновенного \(I_0\) и необыкновенного лучей \(I_e\) , при перпендикулярном направлении луча на пластину, вырезанную из кристалла параллельно оптической оси.

Закон Малюса записывается так:
\(I_e=I_0*cos^2 α,\)
где \(α\) – угол между оптической осью и линией колебания вектора.
Вектор волны, которая падает на поверхность, раскладывается на параллельные и перпендикулярные относительно оптической оси составляющие. Эти составляющие являются векторами обыкновенной и необыкновенной световых волн.

Поляризация в процессе двойного лучепреломления

Плоско поляризованные обыкновенный и необыкновенный лучи располагаются в плоскостях, перпендикулярных между собой. То есть эффект двойного лучепреломления применяют при создании поляризации света. С этой целью лучи света разделяют в пространстве, а один из них подвергают уничтожению посредством поглощения.

Если выходящий из кристалла один луч плоско поляризованный, а второй очень слабый, то этот кристалл является поляроидом. Примером хорошего поляроида есть турмалин. С толщиной всего в 1 мм, турмалиновая пластина практически полностью уничтожает обыкновенный луч. Электрический вектор необыкновенного луча в это время производит колебания вдоль оптической оси.

Читайте также:  Кто поет ангелы света ангелы добра

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Поляризатором является такой поляроид, который применяют при создании поляризованного света. Если его применяют для анализирования поляризованного света, то он именуется анализатором.
Рассмотрим пример решения задачи из области поляризованного света.

Ситуация с прохождением светового луча сквозь двоякопреломляющую призму. При этом преломление обыкновенного луча равняется \(n_0\) =1.658, необыкновенного \(n_е\) =1.486. Угол призмы равняется \(α\) =15. Найти угол необыкновенного луча, выходящего из призмы.

Решение : Кристаллы, поляризующие свет, в совокупности имеют название поляризационная или двоякопреломляющая призма. Поляризационной она является тогда, когда при выходе из нее остается один луч, а двоякопреломляющей – если два луча.

Если обыкновенный луч направляется через границу сред с перпендикулярными друг к другу оптическими осями, то во второй среде он становится необыкновенным. Та же картина наблюдается при прохождении необыкновенного луча.

Обозначим максимальный угол преломления необыкновенного луча \(θpre\) , угол преломления луча при выходе из кристалла \(θpre\) . Тогда закон преломления запишется в таком виде:

где углом падения необыкновенного луча на границу выхода из вещества является \(α-θpre\) .

Подставив данные получим:
.

Результат решения : .

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Сайт работает по московскому времени:

Принимаем к оплате

Источник