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

Анизотропной называется среда, физические свойства которой в разных направлениях различны. Анизотропной средой будут, например, кристаллы кварца и исландского шпата. Яркий пример – эффект двойного лучепреломления, который заключается в том, что луч света, падающий на анизотропный кристалл, разделяется в нем на два луча: обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями в различных направлениях.

Оптической ось кристалла - при распространении вдоль которой не происходит разделения на обыкновенный и необыкновенный лучи. Любая прямая параллельная направлению оптической оси будет также являться оптической осью. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главным сечением или главной плоскостью кристаллам.

Двойное лучепреломление. Естественный луч разделяется в кристалле на два луча: e и O. Луч e называется необыкновенным лучом, так как его показатель преломления зависит от направления распространяющегося луча, и, следовательно, в различных направлениях в кристалле он распространяется с различными скоростями. Луч O называется обыкновенным лучом, так как он подчиняется законам преломления, и скорость его в кристалле не зависит от направления. Оба вышедших из кристалла луча поляризованы. Колебания в необыкновенном луче совершаются в плоскости главного сечения кристалла (луч отмечен чёрточками), а в обыкновенном луче - в плоскости, перпендикулярной главному сечению (луч отмечен точками). Свойства обоих лучей, вышедших из кристалла, за исключением направления поляризации, абсолютно одинаковы.

Чтобы использовать такие поляризованные лучи для технических целей, их надо отделить один от другого. Это осуществляется в призме Николя. Для изготовления такой призмы естественный кристалл исландского шпата подпиливают определенным образом, затем он распиливается по линии AR, и обе половины склеиваются «канадским бальзамом».

Обыкновенный луч 1, дойдя до слоя канадского бальзама AR, испытывает полное внутреннее отражение, так как показатель преломления исландского шпата для обыкновенного луча больше показателя преломления канадского бальзама. Таким образом, обыкновенный луч отводится в сторону и поглощается в оправе Николя. Необыкновенный луч 2 проходит сквозь слой канадского бальзама, не преломляясь, так как показатель преломления исландского шпата для необыкновенного луча меньше показателя преломления «канадского бальзама».

При помощи призмы Николя можно: 1) получить поляризованный луч; 2) определить направление колебаний в нем. В первом случае призма Николя служит поляризатором, а во втором - анализатором.

Две призмы Николя, расположенные последовательно, не пропускают лучей, если они скрещены, т.е. если их главные сечения перпендикулярны. Если же их главные сечения параллельны, то интенсивность света, прошедшего анализатор, будет максимальной.

Призма Волластона. Двоякопреломляющая призма составлена из комбинации двух прямоугольных призм из исландского шпата с различной взаимно ориентировкой оптических осей. В первой призме лучи обыкновенный и необыкновенный идут по одному направлению со скоростями υо и υе. Луч, бывший обыкновенным в первой призме, во второй, вследствие другого направления оси, является необыкновенным и преломляется к вершине призмы. Луч, обыкновенный во второй призме преломляется к основанию. Этим достигается значительное расхождение лучей. Следует заметить, что лучи обыкновенный и необыкновенный, получены из естественного света, не когерентны, т.к. излучены разными атомами, их колебания не связаны друг с другом и не имеют постоянной разности фаз.

13. Эллипсоид лучевых скоростей. Двуосные и одноосные кристаллы.

С помощью лучевого эллипсоида анализируется ход лучей в анизотропной среде и дается определение одноосных и двуосных кристаллов.

C помощью уравнения  описывается эллипсоид лучевых скоростей, где , , .

Анализ хода лучей с помощью эллипсоида лучевых скоростей может быть выполнен с помощью геометрического построения, базирующегося на эллипсоиде лучевых скоростей, уравнение которого

, где  – главные лучевые скорости.

В произвольном направлении возможно распространение лишь двух линейно поляризованных волн с различными лучевыми скоростями. Если сечение эллипсоида вырождается в окружность, то  и поэтому любой радиус окружности является главной полуосью.

Направление, перпендикулярное круговому сечению – оптическая ось.

Если у эллипсоида лучевых скоростей все главные скорости различны, то соответствующая среда имеет две оптические оси АА` и ВВ` - двуосный кристалл.

Если же две главные скорости равны между собой, то эллипсоид является эллипсоидом вращения вокруг третьей оси – одноосный кристалл.