Побудова Гюйгенса в кристалах з однією віссю

Додатній

У «Трактаті про світло», написаному в 1690 р., Х.Гюйгенс вперше|уперше| дав пояснення подвійному променевому заломленні| в кристалах з однією віссю|одновісних|. При цьому Гюйгенс виходив із припущення|, що звичайному променю відповідає виникнення в кристалі променевої поверхні у вигляді сфери, а незвичайному| – у вигляді еліпсоїда обертання. Існують два типи кристалів з однією віссю – додатні та від’ємні. В кристалах СаСо₃, наприклад,

, тобто

– це від’ємні кристали (рис.4.10а), коли ж

, тобто

– це додатні кристали (рис.4.10б). Таким чином, за Гюйгенсом властиві поверхні для звичаного та незвичайного променів, від’ємного та додатнього кристалів мають вигляд (рис. 4.10 а,б).

Від’ємний

Рис.4.10

Слід зазначити, що принцип Гюйгенса дає можливість визначити напрям нормалей (положення хвилевого фронту), а не променів (положення променевої поверхні), що є напрямом поширення світлової енергії. Проте, не дивлячись на те, що на досліді ми спостерігаємо безпосередньо за поведінкою променя, а не за нормаллю до хвилі, виконавши побудову (просту і наочну) Гюйгенса для нормалей, що у ряді випадків надзвичайно полегшує правильне рішення задачі. Крім того, треба врахувати, що кут між променем та нормаллю невеликий.

Випадок 1. Оптична вісь позитивного кристала лежить у площині падіння під косим кутом до заломлюючої грані кристала (Рис.4.11). Паралельний пучок світла падає під кутом до поверхні кристала. Очевидно, що за час, протягом якого правий край В фронту хвилі АВ досягає точки D на поверхні кристала, навколо кожної з точок на поверхні кристала між А і D виникають дві променеві поверхні — сферична і еліпсоїдальна. Ці дві поверхні стикаються одна з одною уздовж оптичної вісі. Через позитивність кристала еліпсоїд буде вписаний у сферу, тобто всі точки еліпсоїда будуть розташовані всередині сферичної поверхні.

Рис.4.11 Рис.4.12

Для знаходження фронтів звичайної і незвичайної хвиль проводимо (за принципом Гюйгенса) дотичні DF і DЕ відповідно до сфер і еліпсоїдів. Лінії, що сполучають точку А (а також точки С і ін.) з точками дотику сферичної і еліпсоїдальної поверхонь із площиною DF і DE, дають нам відповідно звичайний і незвичайний промені. Оскільки головний переріз кристала в даному випадку збігається з площиною рисунка, то електричні вектори незвичайного і звичайного променів коливаються в цій площині (стрілки на рис. 4.11) і перпендикулярно (точки) відповідно. Як видно з рисунка, незвичайні промені не перпендикулярні хвилевому фронту. В даному випадку (при заломленні).

Випадок 2. Оптична вісь ОО' розташована під кутом до заломлюючої грані. Направимо паралельний пучок світла перпендикулярно поверхні позитивного кристала (рис. 4.12).

Внаслідок паралельності плоского фронту падаючої хвилі до поверхні кристала навколо всіх точок (від А до D) виникнуть сферичні хвильові поверхні однакового радіусу й еліпсоїдальні хвильові поверхні. В результаті цього хвильовий фронт звичайної хвилі усередині кристала буде паралельний падаючому, звичайні промені AO, CO, DO та інші розповсюджуватимуться, не заломлюючись. Як випливає з Рис.4.12, незвичайні промені відхиляються вліво від звичайних при своєму заломленні.

Випадок 3. Оптична вісь ОО' позитивного кристала паралельна заломлюючій грані і площині падіння. Промінь світла падає нормально до поверхні кристала (рис. 4.13). У цьому випадку звичайний і незвичайний промені поширюються, не заломившись, у напрямі падіння, але з різними швидкостями ( ). Для негативного кристала вийде той же результат з тією лише різницею, що . Якби в даному випадку промінь падав під деяким кутом, відмінним від нуля, то звичайний і незвичайний промені, заломившись, відокремились| би один від одного. Тоді для позитивних кристалів кут|ріг| заломлення звичайного променя буде менше кута|рогу| заломлення незвичайного, а для негативних|заперечних| кристалів — навпаки.

Рис. 4.13 Рис. 4.14

Випадок 4. Промінь світла падає нормально до поверхні кристала, оптична вісь (на рис. 4.14 показана крапкою на променях) паралельна заломлюючій грані й перпендикулярна площин падіння. Оскільки еліпсоїд і сфера повинні стикатися уздовж оптичної вісі, то їх переріз площиною рисунка є концентричними колами різних радіусів. І в цьому випадку обидва промені поширюються в напрямі падаючого променя з різними швидкостями. Електричний вектор звичайного променя (зображений стрілкою) розташований в площині креслення, а електричний вектор незвичайного променя направлений перпендикулярно площині креслення (зображений крапкою).

Поляризаційні прилади.Для перетворення природного світла на лінійно-поляризоване використовують поляризаційні прилади.

а) пристрої|устрій|, що дають тільки|лише| один лінійно-поляризований промінь (поляризаційні прилади);

б) пристрої|устрій|, що дають два поляризованих у взаємно перпендикулярних площинах|плоскість| промені (двозаломлюючі призми).

Призма Ніколя

Шотландський фізик Уїльям Ніколь у 1828 р. вперше|уперше| запропонував поляризаційний прилад, в основі будови |устрій| якого лежить явище подвійного промене-заломлення.

Призму Ніколя називають ніколем. Ніколь не застосовується в ультрафіолетовій області через поглинання ультрафіолетових променів канадським бальзамом.

Призма Глана-Фуко.Вона складається з двох прямокутних призм (рис.4.16), які виготовлені з|із| кристала ісландського шпату, оптичні осі їх перпендикулярні площині|плоскість| рисунка. Призми роз'єднані тонким повітряним прошарком. Звичайний промінь зазнає повне|цілковитий| внутрішнє відбивання|відображення,відбиття|, а незвичайний проходить через обидві призми. Через дворазове проходження незвичайного променя через межу|кордон| поділу повітря – ісландський шпат, його інтенсивність помітно ослаблюється. З метою зменшення цього ефекту в 1948 р. А.Тейлор запропонував інший варіант призми (рис. 4.17). Оптичні вісі призми в новій системі паралельні граням АВ і завдяки чому максимальна інтенсивність пройшовшого поляризованого променя досягає 90% падаючого.

Рис.4

Призма, виготовлена з|із| ісландського шпату і|із| скла. Через близькість показників заломлення скла і незвичайного променя, для якого , останній проходить через призму практично без зміни свого первинного напрямку|направлення|. На відміну від нього звичайний промінь сильно відхиляється (рис.4.20).

Поляроїди застосовуються для захисту від засліплюючої дії сонячних променів та інше.

<1 234 5 6 7 >

Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 1614;