29. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы.

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т. е. раздваивания каждого падающего па них светового пучка. Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу (рис. 280).

Даже в том случае, когда первичный пучок падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из них является продолжением первичного, а второй отклоняется (рис. 281). Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый — обыкновенного (о).

Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла.

Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двухосные, т. е. имеют одну или две оптические оси (к первым и относится исландский шпат).

Исследования обыкновенного и необыкновенного лучей показывают, что они полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). Колебания светового вектора (вектора напряженности Е электрического поля) в обыкновенном луче происходят перпендикулярно главной плоскости, в необыкновенном — в главной плоскости (рис. 281).

Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает па различие для них показателем преломления.

Д ля необыкновенного луча угол между направлением колебаний светового вектора и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются но различным направлениям с разными скоростями. Следовательно, показатель преломления 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.

Для луча, распространяющегося вдоль оптической оси, n_e=n_o, v₀ = v_e, т.е. вдоль оптической оси существует только одна скорость распространения света. Различие в v_e и v₀ для всех направлений, кроме направления оптической оси, и обусловливает явление двойного лучепреломления света в одноосных кристаллах. На рис. 282 показано распространение обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле (главная плоскость совпадает с плоскостью чертежа, 00' — направление оптической оси). Волновой поверхностью обыкновенного является сфера, необыкновенного луча — эллипсоид вращения. Наибольшее расхождение волновых поверхностей обыкновенного и необыкновенного лучей наблюдается в направлении, перпендикулярном оптической оси. Если v_e < v₀ (п_е > n_o), то эллипсоид необыкновенного луча вписан в сферу обыкновенного луча и одноосный кристалл называется положительным (рис. 282, а). Если v_e > v₀ (n_е < n₀), то эллипсоид описан вокруг сферы и одноосный кристалл называется отрицательным (рис. 282, б).