Подвійне заломлення світла

Крім того, Бартолін виявив, що промінь світла, падаючи в певному напрямку в кристалі ісландського шпату, що не роздвоюється.

Пояснення цьому явищу дав сучасник Бартоліні - голландський вчений Християн Гюйгенс. Він показав, що незвичайна поведінка променя світла, що проходить через ісландський шпат, пов'язане з анізотропією кристала. Напрямок, уздовж якого падаючий промінь не роздвоюється, Гюйгенс назвав оптичною віссю. і кристали, що мають одну оптичну вісь, - одноосьовими кристалами (ісландський шпат, турмалін). Оптичні властивості одноосного кристала однакові уздовж всіх напрямків, що утворюють один і той же кут з оптичною віссю. Будь-яка площина, що проходить через оптичну вісь, називається головним перерізом кристала. Існують кристали, у яких є дві оптичні осі. Такі кристали називають двухоснимі (гіпс, слюда).

У своїй книзі «Трактат про світло», виданої в Лейдені в 1690 р Гюйгенс докладно пояснив явище подвійного заломлення світла. Завдяки своїм дослідженням Гюйгенс підійшов до відкриття явища поляризації світла, однак вирішального кроку він зробити не зміг, оскільки світлові хвилі в його теорії передбачалися поздовжніми.

Розглянемо докладніше явище подвійного променезаломлення. Воно полягає в тому, що промінь всередині кристалу розщеплюється на два промені. Один з них підпорядковується відомому закону заломлення Снеллиуса:. цей промінь про звичайний. а інший не підпорядковується - незвичайний промінь е. Виглядає це так, як показано на рис. 11.8, а.

Дослідження показали, що звичайний і незвичайний промені є повністю поляризованими у взаємно перпендикулярних напрямках.

Площина коливань звичайного променя перпендикулярна головному перетину, а незвичайного променя - збігається з головним перерізом. На виході з кристала обидва променя поширюються в одному напрямку і розрізняються лише напрямком поляризації (рис. 11.8, б).

Явище подвійного променезаломлення використовується для отримання поляризованого світла.

У деяких кристалах один з променів поглинається сильніше іншого (дихроизм). Дуже сильним дихроизмом у видимому світлі володіє кристал турмаліну (прозоре кристалічна речовина зеленого забарвлення). У ньому звичайний промінь практично повністю поглинається на довжині 1 мм, а незвичайний промінь виходить з кристала. У кристалі сульфату йодистого хініну один з променів поглинається на довжині 0,1 мм. Це явище використовується для створення поляроидов. На виході поляроїда виходить один поляризований промінь.

Часто в якості поляризатора використовується так звана призма Ніколя. Це призма з ісландського шпату, розрізана по діагоналі і склеєна канадським бальзамом (рис. 11.9).

Показник заломлення канадського бальзаму лежить між значеннями показників і для звичайного і незвичайного променів в ісландському шпату (). За рахунок цього звичайний промінь зазнає на прошарку бальзаму повне внутрішнє віддзеркалення і відхиляється в сторону. Незвичайний промінь вільно проходить через цей прошарок і виходить з призми.

Подвійне променезаломлення пояснюється анізотропією кристалів. У таких кристалах діелектрична проникність ε залежить від напрямку. В одновісних кристалах діелектрична проникність в напрямку оптичної осі і в напрямках перпендикулярних до неї має різні значення.

Оскільки. а в діелектриках μ = 1, то. Отже, з анізотропії ε випливає, що електромагнітні хвилі різних напрямків коливань вектора мають різний показник заломлення, і отже різну швидкість поширення. Швидкість поширення звичайного променя. а незвичайного. причому незвичайний промінь поширюється перпендикулярно оптичної осі кристала. Відповідно до цього одновісні кристали характеризуються показником заломлення звичайного променя і показником заломлення незвичайного променя. Залежно від того, яка з швидкостей або більше, розрізняють позитивні і негативні одновісні кристали. За умови, коли - кристал позитивний. - негативний.

Метод зон Френеля Закон Малюса