1
ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ
расщепление
пучка света в анизотропной среде (напр.,< в кристалле) на
два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных
в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Д. л. впервые обнаружено и
описано проф. Копенгагенского ун-та Э. Бартолином в 1669 в кристалле исландского
шпата. Если световой пучок падает перпендикулярно к поверхности кристалла,
то он распадается на 2 пучка, один из которых продолжает путь без преломления,
как и в изотропной среде, другой же отклоняется в сторону, нарушая обычный
закон преломления света (рис.). Соответственно этому лучи первого
пучка наз. обыкновенными, второго- необыкновенными. Угол, образуемый обыкновенным
и необыкновенным лучами, наз. углом Д. л. Если в случае перпендикулярного
падения пучка поворачивать кристалл вокруг пучка, то след обыкновенного
луча остаётся на месте, в центре, а след необыкновенного луча вращается
по кругу.
Двойное лучепреломление в одноосном
кристалле при перпендикулярном падении пучка света на переднюю грань кристалла.
Обыкновенный луч не преломляется. Необыкновенный луч преломляется на угол
двойного лучепреломления а; по - показатель преломления обыкновенной волны,
не зависящий от направления; n
Д. л. можно наблюдать и при наклонном
падении пучка света на поверхность кристалла. В исландском шпате и нек-рых
др. кристаллах существует только одно направление, вдоль к-рого не происходит
Д. л. Оно наз. оптической осью кристалла, а такие кристаллы - одноосными
(см. также Кристаллооптика).
Направление колебаний электрич. вектора
у необыкновенного луча лежит в плоскости главного сечения (проходящей через
оптич. ось и световой луч), к-рая является плоскостью поляризации.
Нарушение законов преломления в необыкновенном луче связано с тем, что
скорость распространения необыкновенной волны, а следовательно, и её показатель
преломления п
волны, поляризованной в плоскости, перпендикулярной главному сечению, показатель
преломления по одинаков для всех направлений. Если из точки О (см.
рис.) откладывать векторы, длины к-рых равны значениям п
п
образуют сферу для обыкновенной волны и эллипсоид для необыкновенной (поверхности
показателей преломления).
Из табл. видно, что Д. л., характеризуемое
величиной
и знаком Д, может быть Показатели преломления для необыкновенной
п
обыкновенной n
В соответствии с этим различают положительные и отрицательные (одноосные)
кристаллы.
|
Кристалл
|
n |
макс n |
д=n |
|
Исландский
шпат |
1,65836
|
1 ,48639
|
-0,17197
|
|
Кварц
|
1,5442
|
1 ,5533
|
+0,0091
|
|
Каломель
|
1,9733
|
2,6559
|
+0,6826
|
|
Натриевая
селитра |
1,587
|
1,336
|
-0,251
|
В прозрачных кристаллах интенсивности
обыкновенного и необыкновенного лучей практически одинаковы, если падающий
свет был естественным. Выделив диафрагмой один из лучей, получившихся при
Д. л., и пропустив его через второй кристалл, можно снова получить Д. л.
Однако интенсивности обыкновенного и необыкновенного лучей в этом случае
будут различны, т. к. падающий луч поляризован. Отношение интенсивностей
зависит от взаимной ориентации кристаллов - от угла ф, образуемого
плоскостями главных сечений того и другого кристалла (плоскости, проходящие
через оптич. ось и световой луч). Если ф = 0° или 180°, то остаётся
только обыкновенный луч. При Ф = 90°, наоборот, остаётся только луч необыкновенный.
При ф = 45° интенсивность обоих лучей одинакова.
В общем случае кристалл может иметь
две оптич. оси, т. е. два направления, вдоль к-рых Д. л. отсутствует. В
дву-осных кристаллах оба луча, появляющиеся при Д. л., ведут себя,< как
необыкновенные.
Измерение Д в тех случаях, когда
Д. л. велико, может быть осуществлено непосредственным определением показателей
преломления при помощи призм или спец. кристаллорефрактометров, позволяющих
делать измерения n в разных направлениях. Во многих случаях (особенно
для тонких слоев анизотропных тел), когда пространственное разделение
двух лучей столь мало, что измерить п
делаются на основании наблюдения характера поляризации света при прохождении
его через слой анизотропного вещества.
Д. л. объясняется особенностями распространения
электромагнитных волн в анизотропных средах. Электрич. поле световой волны
Е,
проникая
в вещество, вызывает вынужденные колебания электронов в атомах и
молекулах среды. Колеблющиеся электроны, в свою очередь,
являются
источником вторичного излучения света. Т. о., прохождение световой
волны через вещество - результат последовательного переизлучения света
электронами. В анизотропном веществе колебания электронов легче возбуждаются
в нек-рых определённых направлениях. Поэтому волны с различной поляризацией
будут распространяться в анизотропном веществе с разными скоростями.
Помимо кристаллов, Д. л. наблюдается
в искусственно анизотропных средах (в стёклах, жидкостях и др.),
помещённых в электрич. поле (см. Керра эффект.), в магнитное поле
(см. Коттона - Мутона эффект), под действием механич. напряжений
(см. Фотоупругость) и т. п. В этих случаях среда становится оптически
анизотропной, причём оптич. ось параллельна направлению электрич. поля,
магнитного поля и т. п.
Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика,
4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Поль Р. В., Оптика и атомная
физика, пер. с нем., М., 1966.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я