Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляризационные устройства.

При прохождении света через некоторые кристаллы световой луч разделяется на два луча. Это явление, получившее название двойного лучепреломления было наблюдено в 1670 году Эразмом Бартоломином для исландского шпата (СаСО3 - кристаллы гексагональной системы). При двойном лучепреломлении один из лучей удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью. Этот луч называется обыкновенным и обозначается “о”. Для другого луча, называемого необыкновенным (“е”), этот закон не выполняется. Необыкновенный луч не лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности.

Явление двойного лучепреломления наблюдается для всех прозрачных кристаллов, за исключением принадлежащих к кубической системе. У так называемых одноосных кристаллов (исландский шпат, кварц, турмалин) имеется направление , вдоль которого обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются не разделяясь и с одинаковой скоростью. Это направление называется оптической осью кристалла. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, является главной. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного - лежат в главной плоскости, то есть эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах (анизотропия кристаллов - различие физических, в том числе и оптических свойств, по определенным направлениям): амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний.

Обыкновенная волна имеет сферическую форму, необыкновенная - элипсоидальную.

Величина называется показателем преломления обыкновенного луча, величина- показателем преломления необыкновенного луча.

В зависимости от того, какая их скоростей, ₀ или _e, больше различают положительные (_e < ₀, n_e > n₀) и отрицательные (_e > ₀, то есть n_е < n₀) одноосные кристаллы.

Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются как поляризаторы, так как пучки обыкновенных и необыкновенных лучей слишком мало разведены или даже перекрываются. Однако из этих кристаллов изготавливают специальные поляризационные призмы.

Рассмотрим призму Николя.

Николь представляет собой призму из исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (n₀ > n_к.б. > n_е, n_к.б. = 1,550; n₀ = 1,6584; n_е = 1,4864). Подобрав соответствующим образом углы призмы, можно обеспечить полное внутреннее отражение обыкновенного луча “о” на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч в этом случае поглощается зачерненной нижней гранью или выводится из кристалла. Необыкновенный луч “е” выходит из николя параллельно нижней грани.

На другом принципе основаны поляризаторы, изготоленные из турмалина, герапатита (сернокислый иод-хинин) и некоторых других кристаллов, которые наряду с двойным лучепреломлением обладают еще свойством поглощать один из лучей значительно сильнее, чем другой - дихроизм. Так, в пластинке турмалина толщиной 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается и вышедший свет плоскополяризован.

Из мелких кристалликов герапатита выкладывают значительные площади на целлулоидной пленке. Для их ориентации используют электрическое поле. Такие устройства, называемые поляроидами, могут работать как поляризаторы (анализаторы).