Поляризация света при двойном лучепреломлении.
Некоторые прозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются законы преломления и поэтому этот луч называют обыкновенным, для другого – не выполняются и луч называют необыкновенным.
Двойное лучепреломление при нормальном падении света на поверхность кристалла показано на рис. 10: обыкновенный (о) луч, как это следует из закона преломления, проходит не преломляясь, необыкновенный (е) – преломляется.
Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и, оба луча обыкновенный и необыкновенный – распространяются с одной скоростью, называют оптическими осями кристалла (пунктир на рис. 10). Если такое направление одно, то кристаллы называют одноосными. К ним относят исландский шпат, кварц и др. Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, является главной. Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного – лежат в главной плоскости, т. е. эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний.
Вдоль оптических осей 00' скорость обыкновенной и необыкновенной волн одинакова и равна
,
г
де
– показатель преломления обыкновенного
луча, имеющий разное значение для
различных кристаллов.
Двоякопреломляющие кристаллы непосредственно не используются как поляризаторы, так как пучки обыкновенных и необыкновенных лучей слишком мало разведены или даже перекрываются. Однако из этих кристаллов изготовляют специальные поляризационные призмы.
Рассмотрим наиболее распространенную призму, предложенную У. Николем (призма Николя, или просто николь).
Николь представляет
собой призму из исландского шпата,
разрезанную по диагонали и склеенную
канадским бальзамом К
(рис. 11). Для него
=
1,550; это значение лежит между показателями
преломления обыкновенного и необыкновенного
лучей исландского шпата. Это позволяет,
подобрав соответствующим образом углы
призмы, обеспечить полное отражение
обыкновенного (о)
луча на границе с канадским бальзамом.
Отраженный луч в этом случае поглощается
зачерненной нижней гранью или выводится
из кристалла. Необыкновенный (е)
луч выходит из николя параллельно нижней
грани.
На ином принципе основаны поляризаторы, изготовляемые из турмалина, герапатита и некоторых других кристаллов, которые наряду с двойным лучепреломлением могут поглощать один из лучей значительно сильнее, чем другой (дихроизм). Так, в пластинке турмалина толщиной около 1 мм 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 (поляроиды) могут работать как поляризаторы (анализаторы).
Основным недостатком турмалина и поляроидов по сравнение с николем являются их плохие спектральные характеристики. Белый свет после прохождения этих поляризационных устройств становится окрашенным, в то время как николь прозрачен в видимой части спектра.
Достоинство поляроидов – большая поверхность, что позволяет использовать широкие световые пучки.