32. Оптическая ось. Двуосные и одноосные кристаллы. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Поляризация при двойном лучепреломлении.
Одноосные кристаллы - кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла).
Двуосные Кристаллы - кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающих на них лучей света, кроме 2 направлений, называемых оптическими осями кристалла.
При прохождении через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча, это явление называется двойным лучепреломлением. Один из преломленных лучей удовлетворяет обычным законам преломления, называется обыкновенным и обозначается буквой с, второй не удовлетворяет, поэтому называется необычным и обозначается буквой р. Направление в кристалле, вдоль которого луч не разделяется на два луча, называется оптической осью кристалла, а сечение кристалл, который включает в себя оптическую ось - главным сечением кристалла.
Обычный и необычный луч полностью поляризованные, и колебания светового вектора в них происходит в перпендикулярных плоскостях: в необычном лучи - в главном сечения кристалл, в обычном - в перпендикулярной к ней плоскости.
Волновая поверхность для обыкновенного луча представляет собой сферу, а для необычного - эллипсоид вращения, поскольку для колебаний, перпендикулярных к главному сечению кристалла, для всех направлений распространения диэлектрическая проницаемость одна и та, а для колебаний в плоскости главного переризуe зависит от направления распространение.
Пусть пучок параллельных лучей падает на границу раздела вакуум-подвийнозаломлюючий кристалл. Рассмотрим только два луча из пучка. Пока луч идет до точки 1, луч, который пришел в точку 2, распространяется в кристалле и создает волновые фронты, которые представляют собой сферу для обычного луча, и эллипсоид вращения для необычного. И так - для каждой точки границы, от 1 до 2. Проводя огибающие всех волновых фронтов (они касаются всех волновых фронтов), мы получаем направления распространения обыкновенного и необыкновенного лучей. Явление двойного лучепреломления лежит в принципе работы поляризатора, который называется призмой Николя или просто некогда.
33. Поляроиды. Поляризационные и двоякопреломляющие призмы.
В основе работы поляризационных приспособлений, служащих для получения поляризованного света, лежит явление двойного лучепреломления. Наиболее часто для этого применяются призмы и поляроиды. Призмы делятся на два класса:
1) призмы, дающие только плоскополяризованный луч (поляризационные призмы);
2) призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луга (двоякопреломляющие призмы).
Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей (например, обыкновенного) от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу. Типичным представителем поляризационных призм является првзма Ннколь*, называемая часто ни́колем. Призма Николя (рис. 281) представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линии АВ канадским бальзамом с n = 1,55. Оптическая ось ОО' призмы составляет с входной гранью угол 48°. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ,раздваивается на два луча: обыкновенный (no = 1,66) и необыкновенный (ne = 1,51). При соответствующем подборе угла падения, равного или большего предельного, обыкновенный луч испытывает полное отражение (канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачерненной боковой поверхностью СВ. Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него (ввиду преломления на наклонных гранях АС и BD).
Двоякопреломляющие призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исландского шпата и стекла, призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Для первых призм (рис. 282) обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла n (n » nе) проходит призму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами.
Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обыкновенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.
Дихроичные кристаллы приобрели еще более важное значение в связи с изобретением поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого иод-хинина). Герапатит - двоякопреломляющее вещество с очень сильно выраженным дихроизмом в области видимого света. Установлено, что такая пленка уже при толщине » 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершенным поляризатором. Преимущество поляроидов перед призмами - возможность изготовлять их с площадями поверхностей до нескольких квадратных метров. Однако степень поляризации в них сильнее зависит от А, чем в призмах. Кроме того, их меньшая по сравнению с призмами прозрачность (приблизительно 30%) в сочетании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать поляроиды в мощных световых потоках. Поляроиды применяются, например, для защиты от ослепляющего действия солнечных лучей и фар встречного автотранспорта.
Разные кристаллы создают различное по значению н направлению двойное луче преломление, поэтому, пропуская через них поляризованный свет и измеряя изменение его интенсивности после прохождения кристаллов, можно определить их оптические характеристики и производить минералогический анализ. Для этой цели используются поляризационные микроскопы.
1. Характеристика оптического диапазона электромагнитных волн. Особенности видимого диапазона
2. Плоской электромагнитная волна, её структура и представление в комплексной форме.
3. Сферические волны. Сходящиеся и расходящиеся сферические волны.
4. Плотность потока энергии и импульса световых волн. Давление света.
5. Суперпозиция электромагнитных волн. Стоячие волны. Биение.
6. Поляризация электромагнитных волн. Виды поляризации. Число независимых поляризаций. Закон Малюса.
7. Волна с круговой или эллиптической поляризацией как суперпозиция волн с линейными поляризациями и линейно поляризованная волна как суперпозиция волн с круговой поляризацией.
8. Понятие дисперсии света. Классическая электронная теория дисперсии.
9. Нормальная и аномальная дисперсия.
10. Модулирование волны и волновые пакеты. Распространение волновых пакетов в диспергирующей среде. Групповая и фазовая скорости. Формула Рэлея.
11. Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. Граничные условия. Закон Снеллиуса.
12. Формула Френеля для s- и p- поляризаций.
13. Энергетические и фазовые соотношения при преломлении и отражении света на границе раздела двух сред. Явление Блюстера.
14. Полное внутреннее отражение света. Примеры его проявления и использования.
15. Распространение света в проводящих средах. Комплексный показатель преломления. Отражение света от поверхности проводника. Глубина проникновения. Закон Бугера.
16. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики.
17. Центрированные оптические системы. Параксиальное приближение. Кардинальные элементы оптической системы.
18. Линза, её основные элементы. Тонкие и толстые линзы. Фокусное расстояние линзы. Построение изображения в оптических системах.
19. Простейшие оптические приборы геометрической оптики.
20. Интерференция света. Условия наблюдения линий максимальной и минимальной интенсивности. Временная и пространственная когерентности света.
21. Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды. Интерферометр Майкельсона.
22. Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением волнового фронта. Схема Юнга. Примеры практических схем двухлучевой интерференции.
23. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона.
24. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо.
25. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Графическое вычисление амплитуды. Пятно Пуассона и пятно Араго.
26. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии и цели.
27. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. Предел дифракционной расходимости.
28. Дифракция на периодической структуре. Дифракционная решётка.
29. Критерий рэлея. дисперсионная область и разрешающая спрособность дифракционной решётки.
30. ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИЗОБРАЖЕНИЙ. СХЕМЫ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ГОЛОГРАММ.
31. анизотропные среды. тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоской электромагнитной волны в анизотропной среде. эллипсоид лучевых скоростей.
32. Оптическая ось. двуосные и одноосные кристаллы. двойное лучепреломление. обыкновенный и необыкновенный лучи. поляризация при двойном лучепреломлении.
33. ПОЛЯРОИДЫ. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ и двоякопреломляющие призмы.