Лекция 12 Копия лекц3дифрполяртаня2

Обыкновенный луч пройдет через кристалл, не преломляясь, т.е. не изменяя своего направления. Необыкновенный луч внутри кристалла от

клонится и по выходе идет параллельно обыкновенному лучу.

При вращении пластинки вокруг обыкновенного луча обыкновенный луч останется на месте, необыкновенный вращается вокруг него, описывая внутри кристалла конус, вне кристалла – цилиндр.

Явление двойного лучепреломления наблюдается у всех прозрачных кристаллов, за исключением кристаллов кубической системы. В так называемых одноосных кристаллах имеется одно направление в кристалле, в котором не происходит двойного лучепреломления. Это направление называется оптической осью кристалла. Кристалл исландского шпата является одноосным кристаллом. В двуосных кристаллах имеются две оптические оси (например, слюда, гипс). В одноосных кристаллах один из лучей обыкновенный, другой необыкновенный. В двуосных кристаллах оба луча являются необыкновенными.

Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением кристалла. Обычно пользуются главным сечением проходящим через падающий луч. Опыт показывает, что обыкновенный и необыкновенный лучи полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях: плоскость колебаний обыкновенного луча всегда перпендикулярна к главному сечению кристалла, поэтому его показатель преломления не меняется при падении естественного света на кристалл под любым углом. В необыкновенном луче колебания совершаются в плоскости главного сечения, ориентация которой зависит от направления падающей световой волны:

показатель преломления необыкновенного луча изменяется в зависимости от угла падения. По выходе из кристалла лучи отличаются только направлением колебаний светового вектора.

Чтобы двоякопреломляющий кристалл использовать для получения поляризованного света, один из лучей следует удалить. В некоторых кристаллах обыкновенный и необыкновенный лучи поглощаются в разной степени. Это явление называется оптическим дихроизмом. В кристалле турмалина дихроизм настолько высок, что необыкновенный луч практически полностью поглощается на пути 1 мм. Естественный луч выходит из пластинки такого кристалла полностью плоско-поляризованным в одной плоскости. Такая пластинка будет поляризатором. Большое распространение как поляризатор находит поляроид – целлулоидная пленка, в которую введено большое количество одинаково ориентированных кристалликов сульфата иодистого хинина (герапатита), в которых один из лучей поглощается на пути около 0,1 мм.

В оптических приборах широкое применение получил поляризатор, называемый призмой Николя (или просто николем). Она представляет собой призму из монокристалла исландского шпата, разрезанную по диагонали и склеенную канадским бальзамом (добывается из смолы канадской пихты). Показатель преломления канадского бальзама n лежит между показателями преломления обык-

новенного n0 и необыкновенного ne лучей. Угол падения подбирается таким, что обыкновенный луч на слое бальзама испытывает полное внутреннее отражение,

а необыкновенный свободно проходит через этот слой и выходит из призмы (рис.9).

Рис.9

Искусственное двойное лучепреломление Оптическая анизотропия в изотропных телах, также в кри-

сталлах кубической системы, может быть вызвана искусственно с помощью различных внешних воздействий. Ее можно вызвать методом механической деформации, например, сжатия или растяжения. Если подвергнуть кусок стекла одностороннему сжатию, то стекло в направлении сжатия сожмется, а в поперечном направлении расширится. Благодаря такой деформации, стекло получит свойство анизотропного кристалла, изменит поляризацию проходящего света. Опыт показывает, что разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей пропорциональна напряжению :

no ne k .

(7)

Этим методом можно обнаружить остаточные деформации в стеклянных изделиях. Такой метод широко используется в исследовании напряжений с помощью прозрачных моделей. Изготавливается

модель детали из прозрачного материала и подвергается таким же деформациям, которые испытывала бы она в процессе эксплуатации. Тогда станет ясно, какие места детали следует упрочить.

Оптическую анизотропию в диэлектрике можно вызвать, действуя на него электрическим полем.

Это явление открыто Керром (1875) и называется эффектом Керра. На рис.36 изображена схема установки для наблюдения эффекта Керра.

Рис.10 Установка состоит из ячейки Керра, помещенного между скре-

щенными поляризаторами Р и А. Ячейка Керра – герметичный сосуд с жидкостью между обкладками плоского конденсатора. При подаче напряжения к обкладкам конденсатора в жидкости происходит ориентационная поляризация с оптической осью вдоль поля. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей пропорциональна квадрату напряженности поля Е.

no ne kE 2 .

где В – постоянная Керра, характерная для вещества. Напряженность поля в последнем выражении стоит в квадрате, поэтому разность фаз лучей не зависит от направления электрического поля. В качестве рабочей жидкости в ячейке Керра используется высокополярная жидкость – нитробензол. При включении и выключении поля поляризация жидкости возникает или исчезает за время порядка 10-10 с. Поэтому ячейка Керра широко используется в качестве безинерционного прерывателя световых лучей при изучении быстропротекающих процессов. Например, эффект Керра использовался для измерения скорости света в лабораторных условиях.

Вращение плоскости поляризации

При прохождении плоско-поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Вещества, способные вращать плоскость поляризации называются оптически активными. Из кристаллических веществ к ним относятся кварц, киноварь, из жидкостей – скипидар, никотин и растворы оптически активных веществ в оптически неактивных растворителях, например, раствор сахара, винной кислоты и т. д.

Это явление, в основном, обусловлено наличием асимметрии в строении молекул вещества и угол поворота прямо пропорционально концентрации молекул такого вещества.

В некоторых кристаллах, например, в кварце оптическая активность обусловлена особенностями строения самого кристалла, а не строением представляющих его молекул.