Поляризация при двойном лучепреломлении

Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи.

Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен датским ученым Расмусом Бартолином на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, и называется необыкновенным (e — extraordinary).

Хаотическая ориентация светового вектора в естественном свете (рис. 3.2, а) сохраняется при его распространении в изотропной среде. При наличии анизотропии – зависимости физических свойств от направления – условия распространения для волн с различной ориентацией вектора становятся неодинаковыми. Это может привести к двойному лучепреломлению.

Двойным лучепреломлением называют явление разделения естественного света на два излучения с взаимно ортогональными линейными поляризациями.

Анизотропия наиболее ярко выражена в кристаллах, не имеющих центра симметрии. В таких кристаллах имеется одно или два направления, в которых двойное лучепреломление не наблюдается. Такие направления называют оптическими осями. Плоскость, проходящая через оптическую ось кристалла и содержащая падающий луч света, называется главным сечением.

При освещении одноосного кристалла пучком естественного света под углом к оптической оси он распадается на два линейно поляризованных луча, идущих по разным направлениям. На выходе из кристалла эти два луча распространяются параллельно первоначальному направлению. Луч с вектором, располагающимся в плоскости главного сечения, называют необыкновенным е, а луч с вектором , перпендикулярным плоскости главного сечения – обыкновенным о.

Показатель преломления, а, следовательно, и скорость распространения для обыкновенного луча n_o не зависит от направления в кристалле. Обыкновенный луч распространяется в кристалле по обычным законам геометрической оптики.

Для необыкновенного луча показатель преломления изменяется от n_o в направлении оптической оси до n_e в перпендикулярном к ней направлении. Если n_e > n_o, то кристаллы называют положительными, при обратном соотношении n_e < n_o – отрицательными. Зависимости показателей преломления от направления в одноосных кристаллах можно представить в виде кривых, описываемых концом вектора, направление которого совпадает с направлением луча в кристалле, а величина соответствует показателю преломления (рис. 3.5). Волновой поверхностью обыкновенного луча является сфера, волновой поверхностью необыкновенного луча – эллипсоид вращения.

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент пропускания поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где и — циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах. Потери на отражение, зависящие от и не учитываемые законом Малюса, определяются дополнительно.