Двойное
лучепреломление.
Собственно
очень хочется объединить несколько эффектов в один.
Это
эффект Поккельса
Эффект
Керра
Комптона
эффект.
Классическое
изложение.
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. расщепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распространения в среде - обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизотропии". Так его коэффицент преломления изменяется с направлением, 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 различие 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 полного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на выходе 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 |
= 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.
Объяснение с
позиции нормальной оптики см. http://fatyf.aiq.ru/wave-lom.htm
Собственно никакой электрической составляющей у света нет, тот же выдуманный в КМ фотон ничего электрического в себе не несет, заряд по теории ему не свойственен, однако По-Максвеллу свет это волна и имеет некое электрическое поле, а с волновой теорией полный бардак, См. http://fatyf.aiq.ru/wave-light.htm и все объясняется обычной геометрической оптикой и свойством света определенного спектрального состава увеличивать электрический заряд атомов, но это к двойному лучепреломлению отношения не имеет, без использования самого электричества в эффекте Керра.
Налицо
двойной стандарт (дуализм), как выгодное двоякое толкование свойств света, вопрос, кому выгодно?
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.
Фатьянов
А.В. сентябрь 2018 Спб