Двойное лучепреломление.

 

 

Собственно очень хочется объединить несколько эффектов в один.

 

Это эффект Поккельса

Эффект Керра

Комптона эффект

 

Чем меньше угол между входящим лучом и оптической осью кристалла, тем меньше дистанция между лучами на выходе.

 

На  границе  анизотропных  прозрачных тел (в первую

очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т.

е. расцепляется  на два взаимно-перпендикулярно поляризованных

луча, имеющие  различные скорости распространения  в  среде  -

обыкновенный и необыкновенный.  Первый из них поляризован пер-

пендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем

как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плос-

кости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизот-

ропии". Так  его коэффицент преломления изменяется с направле-

нием, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.

     Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах.

В случае   двуосных  кристаллов  картина расщепления несколько

сложнее (1-3,6,7,).

     Эффект двойного  преломления  положен  Николем  в  основу

изобретенной им поляризационной призмы.  Он использовал разли-

чие показателей преломления  обыкновенного  и  необыкновенного

лучей, создав    для одного из них условия полного внутреннего

отражения, после  которого этот луч, изменив свое направление,

поглощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч пол-

ного внутреннего отражения не  испытывает  и  проходит  сквозь

призму, а  так как это полностью поляризованный луч, то на вы-

ходе призмы получается полностью линейно-поляризованный  свет.

Двойное лучепреломление, расщепление пучка света в анизотропной среде (например, в кристалле) на два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Д. л. впервые обнаружено и описано профессором Копенгагенского университета Э. Бартолином в 1669 в кристалле исландского шпата. Если световой пучок падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то он распадается на 2 пучка, один из которых продолжает путь без преломления, как и в изотропной среде, другой же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света (рис.). Соответственно этому лучи первого пучка называются обыкновенными, второго — необыкновенными. Угол, образуемый обыкновенным и необыкновенным лучами, называется углом Д. л. Если в случае перпендикулярного падения пучка поворачивать кристалл вокруг пучка, то след обыкновенного луча остаётся на месте, в центре, а след необыкновенного луча вращается по кругу.

 

  Д. л. можно наблюдать и при наклонном падении пучка света на поверхность кристалла. В исландском шпате и некоторых др. кристаллах существует только одно направление, вдоль которого не происходит Д. л. Оно называется оптической осью кристалла, а такие кристаллы — одноосными (см. также Кристаллооптика).

 

  Направление колебаний электрического вектора у необыкновенного луча лежит в плоскости главного сечения (проходящей через оптическую ось и световой луч), которая является плоскостью поляризации. Нарушение законов преломления в необыкновенном луче связано с тем, что скорость распространения необыкновенной волны, а, следовательно, и её показатель преломления nе зависят от направления. Для обыкновенной волны, поляризованной в плоскости, перпендикулярной главному сечению, показатель преломления nо одинаков для всех направлений. Если из точки О (см. рис.) откладывать векторы, длины которых равны значениям nе и nо в различных направлениях, то геометрические места концов этих векторов образуют сферу для обыкновенной волны и эллипсоид для необыкновенной (поверхности показателей преломления).

 

  Из табл. видно, что Д. л., характеризуемое величиной и знаком D, может быть положительным и отрицательным. В соответствии с этим различают положительные и отрицательные (одноосные) кристаллы.

Кристалл	n0	neмакс	D = neмакс - n0
Исландский шпат	1,65836	1,48639	-0,17197
Кварц	1,5442	1,5533	+0,0091
Каломель	1,9733	2,6559	+0,6826
Натриевая селитра	1,587	1,336	-0,251

 

 

  В прозрачных кристаллах интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей практически одинаковы, если падающий свет был естественным. Выделив диафрагмой один из лучей, получившихся при Д. л., и пропустив его через второй кристалл, можно снова получить Д. л. Однако интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей в этом случае будут различны, т. к. падающий луч поляризован. Отношение интенсивностей зависит от взаимной ориентации кристаллов — от угла j, образуемого плоскостями главных сечений того и другого кристалла (плоскости, проходящие через оптическую ось и световой луч). Если j = 0° или 180°, то остаётся только обыкновенный луч. При j = 90°, наоборот, остаётся только луч необыкновенный. При j = 45° интенсивность обоих лучей одинакова.

 

  В общем случае кристалл может иметь две оптических оси, т. е. два направления, вдоль которых Д. л. отсутствует. В двуосных кристаллах оба луча, появляющиеся при Д. л., ведут себя, как необыкновенные.

 

  Измерение D в тех случаях, когда Д. л. велико, может быть осуществлено непосредственным определением показателей преломления при помощи призм или специальных кристаллорефрактометров, позволяющих делать измерения n в разных направлениях. Во многих случаях (особенно для тонких слоев анизотропных тел), когда пространственное разделение двух лучей столь мало, что измерить nо и nе невозможно, измерения делаются на основании наблюдения характера поляризации света при прохождении его через слой анизотропного вещества.

 

  Д. л. объясняется особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах. Электрическое поле световой волны E, проникая в вещество, вызывает вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах среды. Колеблющиеся электроны, в свою очередь, являются источником вторичного излучения света. Т. о., прохождение световой волны через вещество — результат последовательного переизлучения света электронами. В анизотропном веществе колебания электронов легче возбуждаются в некоторых определённых направлениях. Поэтому волны с различной поляризацией будут распространяться в анизотропном веществе с разными скоростями.

 

  Помимо кристаллов, Д. л. наблюдается в искусственно анизотропных средах (в стеклах, жидкостях и др.), помещенных в электрическое поле (см. Керра эффект), в магнитное поле (см. Коттона — Мутона эффект), под действием механических напряжений (см. Фотоупругость) и т. п. В этих случаях среда становится оптически анизотропной, причём оптическая ось параллельна направлению электрического поля, магнитного поля и т. п.

 

 

 

  Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Поль Р. В., Оптика и атомная физика, пер. с нем. , М. , 1966.