14.4. Поляризация света при двойном лучепреломлении

Поляризация происходит также при двойном лучепреломлении в ани­зотропных кристаллах. К таким кристаллам относятся все кристал­лы, решетка которых не является кубической. Анизотропия кристаллов проявляется, в частности, в том, что их оптические свойства зависят от направления распространения света. Если на поверхность кристалла падает узкий пучок естественного света, то после преломления он раз­делится на два луча (рис. 14.8). Оба луча линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Во всяком двоякопреломля-ющем кристалле существует одно (а иногда два) направление, вдоль ко­торого не происходит двойного лучепреломления. Это направление на­зывается оптической осью кри­сталла. Если такое направление одно, кристалл называется одно­осным. Плоскость, содержащая падающий на кристалл луч све­та и оптическую ось, называет­ся главным сечением кристалла для данного луча.

Рис. 14.8. Двойное лучепреломление

Лучи, образующиеся при двойном лучепреломлении в одноосном кри­сталле, имеют следующие свойства. Один из лучей подчиняется обыч­ным законам преломления. Такой луч называют обыкновенным. Этот луч лежит в плоскости падения. Для света, который распространяет­ся вдоль обыкновенного луча, показатель преломления п₀ - величина постоянная, не зависящая от угла падения. Следовательно, скорость распространения света в кристалле вдоль этого луча не зависит от его направления. Электрический вектор Е в обыкновенном луче колеблет­ся перпендикулярно главному сечению.

Второй луч называют необыкновенным. Для него не выполняются обычные законы преломления. Этот луч, как правило, не лежит в плос­кости падения. Для света, который распространяется вдоль необыкно­венного луча, показатель преломления зависит от угла падения. Даже при нормальном падении света на поверхность кристалла необыкновен­ный луч, вообще говоря, отклоняется от первоначального направления. Скорость распространения света в кристалле вдоль необыкновенного лу­ча зависит от его направления. Колебания вектора Е в необыкновен­ном луче происходят в главном сечении кристалла. При распростра­нении света вдоль оптической оси оба луча совпадают, а скорость све­та ие зависит от направления вектора Е . При распространении света в любом другом направлении его скорость и показатель преломления вдоль необыкновенного луча отличаются от соответствующих значений для обыкновенного луча. То значение показателя преломления света, распространяющегося вдоль необыкновенного луча, которое максималь­но отличается от п₀, обозначают п_е.

Устройства для получения линейно поляризованного света из есте­ственного называют поляризаторами. В некоторых анизотропных кри­сталлах один из лучей сильно поглощается, и на выходе из кристалла остается один, линейно поляризованный луч. Указанное свойство ис­пользуется в устройствах, которые называют поляроидами. Поляроид представляет собой прозрачную пленку, в которую вкраплены одинако­во ориентированные мельчайшие двоякопреломляющие кристаллики.

Получать линейно поляризованный свет можно также с помощью по­ляризационных призм, изготовленных из двоякопреломляющих кристал­лов. На практике часто используют один из таких поляризаторов, кото­рый называют призмой Никол я.

Поляризаторы (стопа Столетова, поляризационные призмы, поляро­иды и др.) могут использоваться также для анализа поляризованного света. При этом их называют анализаторами.

Идеальный поляризатор полностью пропускает излучение, в котором вектор Е колеблется в определенной плоскости, называемой главной плоскостью поляризатора, и полностью задерживает излучение, в ко­тором вектор Е перпендикулярен этой плоскости. Если на такой по­ляризатор падает естественный свет интенсивности 1_О, то интенсивность линейно поляризованного света, выходящего из поляризатора, будет рав­на

I = I₀/2 (14.11)

Пусть на поляризатор падает линейно поляризованный свет интен­сивности I₀, для которого вектор Е_о лежит в плоскости, составляю­щей угол φ с главной плоскостью поляризатора (рис. 14.9). Вектор

Е_о в падающем луче можно пред­ставить в виде суммы двух векторов E_║ и Е_┴_, первый из которых лежит в главной плоскости поляри­затора, а второй к этой плоскости перпендикулярен. Свет, характери­зуемый вектором Е_║, пройдет через идеальный поляризатор без измене­ния, а свет, характеризуемый векто­ром Е_┴, будет им полностью погло­щен. Амплитуда колебаний вектора Е_║ будет

Е_║= Е₀cosφ

Рис. 14.9. К формулировке закона Малюса

где Е_о - амплитуда колебаний вектора Е_о в падающем линейно поляри­зованном свете. Так как интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний вектора E, интенсивность света, прошедшего че­рез идеальный поляризатор, будет

I=I₀cos²φ (14.12)

Это соотношение носит название закона Малюсa