Двойное лучепреломление. Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного

пучка. Это явление, в 1669 г. впервые обнаружен­ное датским ученым Э. Бартолином (1625—1698) для исландского шпата (разновид­ность кальцита СаСО₃), объясняется особенностями распространения света в анизот­ропных средах и непосредственно вытекает из уравнений Максвелла.

Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу. Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление) изображено на рисунке 61. Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок делится на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется (рисунок 62). Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый - обыкновенного (о).

В кристалле исландского шпата имеется единственное направление, вдоль которого двойное лучепреломление не наблюдается. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного луче­преломления, называется оптической осью кристалла. В данном случае речь идет именно о направлении, а не о прямой линии, проходящей через какую-то точку кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двуосные, т. е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпат).

Исследования показывают, что вышедшие из кристалла лучи плоскополяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). Колебания вектора напряженности элект­рического поля в обыкновенном луче происходят перпендикулярно главной плоскости, в необыкновенном — в главной плоскости (рис. 62 ).

Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает на различие для них показателей преломления. Очевидно, что при любом направлении обыкновенного луча колебания светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с оди­наковой скоростью и, следовательно, показатель преломления n₀ для него есть вели­чина постоянная. Для необыкновенного луча угол между направлением колебаний светового вектора и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными скоростями. Следовательно, показатель преломления n_e, необыкновенного луча является переменной величиной, зависящей от направления луча. Таким образом, обыкновенный луч подчиняется закону преломления (отсюда и название «обыкновенный»), а для необыкновенного луча этот закон не выполняется. После выхода из кристалла, если не принимать во внимание поляризацию во взаимно перпендикуляр­ных плоскостях, эти два луча ничем друг от друга не отличаются. Обыкновенные лучи распространяются в кристалле по всем направлениям с одинаковой скоростью v₀ =c/n₀, а необыкновенные — с разной скоростью v_e =c/n_e (в зависимости от угла между вектором и оптической осью). Для луча, распространяющегося вдоль оптической оси, п₀=п_e, v₀= v_e, т. е. вдоль оптической оси существует только одна скорость распространения света. Различие в v_e и v₀ в для всех направлений, кроме направления оптической оси, и обусловливает явление двойного лучепреломления света в одноосных кристаллах.

Двойное лучепреломление позволяет построить совершенные поляризаторы. Один из вариантов такого поляризатора называется призмой Николя. Устройство и принцип действия этой призмы изображено на рис. 63.

Кристалл исландского шпата, которому придана форма наклонной четырехугольной призмы AСВD, разрезают по диагональной пло­скости АВ на две части I и II, которые затем склеивают особой смолой — канадским бальзамом. Коэффициент преломления ис­ландского шпата для обыкновенного луча составляет n₀ = 1,658, коэффициент преломления для необыкновенного луча (минимальное значение) n_e = 1,486,

коэффициент преломления бальзама n = 1,550. При выбранных угловых соотношениях падающий на грань АС луч естественного света разбивается на два луча: L₀ и L_e. Необыкновенный луч проходит через призму без заметного ослабления, а обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение от поверхности разреза, т. е. от слоя канадского бальзама, и затем падает на зачерненные грани кристалла, где и поглощается. На выходе призмы получаем плоскополяpизованный луч (вторая призма в николе имеет вспомогательное значение: она лишь спрямляет образованный плоскополяpизованный луч).