Какими свойствами обладает необыкновенный луч

Обыкновенный и необыкновенный лучи

У отрицательных кристаллов имеем соотношение скоростей: $v_0v_{e.}$

Сущность двойного лучепреломления

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость

Данное явление открыто в $1669$ г. Э. Бартолинусом и пояснено Х. Гюйгенсом.

Характерные случаи двойного лучепреломления

Допустим, что оптическая ось перпендикулярна поверхности кристалла. В случае перпендикулярного падения луч будет направлен по оптической оси, значит, он распространяется как будто в изотропной среде, следовательно, двойное лучепреломление отсутствует. Пусть луч падает под углом к поверхности кристалла. В таком случае двойное лучепреломление можно наблюдать и оно зависит от типа кристалла. В отрицательном кристалле обыкновенный луч преломляется сильнее необыкновенного (рис.1($a$)). В положительном кристалле больше преломляется необыкновенный луч (рис.1($b$)).

Точки и стрелки на рис.1 указывают направление колебаний электрического вектора волны.

Предположим, что оптическая ось кристалла параллельна его поверхности. Если луч падает на поверхность кристалла перпендикулярно, то внутри кристалла возникают два луча (обыкновенный и необыкновенны), но они пространственно не разделяются. Когда лучи выходят из кристалла они имеют разность фаз и образуют поляризованную волну (эллиптически) в результате суперпозиции. В том случае, если на поверхность кристалла падает естественный свет, то выходя из кристалла, появляются эллиптически поляризованные волны с разными ориентациями эллипсов.

Пусть свет на вышеописанный кристалл падает под углом к поверхности. Результат двойного лучепреломления при этом зависит от угла между плоскостью падения и главной плоскостью.

Допустив, что плоскость падения луча нормальна оптической оси, получим: обыкновенный и необыкновенный лучи в плоскости падения, при этом показатели преломления обоих лучей не зависят от направления.

В случае если плоскость падения пересекает оптическую ось под углом не равным $90^circ$, картина двойного лучепреломления становится сложнее. Но при этом обыкновенный луч находится в плоскости падения, а необыкновенный выходит из нее. Для детализации картины следует строить пространственную модель на основе построения Гюйгенса.

Закон Малюса

При перпендикулярном падении луча на пластинку, которая вырезана из кристалла параллельно оптической оси, интенсивности колебаний в обыкновенном ($I_0$) и необыкновенном ($I_e$) лучах определяются из закона Малюса:

где $beta $ — угол между линией колебаний вектора $overrightarrow{E}$ и оптической осью, $I$ — интенсивность падающего луча. Из выражения (1) можно сделать вывод том, что вектор $overrightarrow{E}$ падающей волны можно разложить на составляющие, которые параллельны и нормальны к оптической оси. Данные составляющие — есть векторы обыкновенной и необыкновенной волн света.

Поляризация при двойном лучепреломлении

Обыкновенный и необыкновенный лучи являются плоско поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Значит, явление двойного лучепреломления можно использовать для получения поляризованного света. С этой целью обыкновенный и необыкновенный лучи разводят в пространстве и один из лучей уничтожают (поглощают).

Ели при выходе из кристаллической пластины один из лучей при выходе является плоско поляризованным, а другой сильно ослаблен, такая пластинка называется поляроидом. Поляроидом с хорошими свойствами является турмалин. При толщине в $1$мм пластинка из турмалина почти полностью поглощает обыкновенный луч. В необыкновенном луче при этом электрический вектор совершает колебания параллельно оптической оси.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 июля 2020;
проверки требует 1 правка.

Это обстоятельство, равно как и ряд других отступлений от обычных законов преломления, о которых речь пойдет ниже, дали повод назвать второй из этих лучей необыкновенным (е), сохраняя за первым название обыкновенного (о). Различие в отклонении обоих лучей показывает, что по отношению к ни.м кристалл обладает разными показателями преломления. Исследуя явление при различных направлениях преломленных лучей внутри кристалла,
 [c.381]

МОЖНО обнаружить, что в кристалле исландского шпата один из лучей (обыкновенный) имеет для всех направлений одно и то же значение показателя преломления, показатель же преломления другого луча (необыкновенного) зависит от направления.
 [c.382]

Для обыкновенного луча показатель преломления По не зависит от направления распространения света в кристалле. Для необыкновенного луча показатель преломления По зависит от направления распространения света в кристалле. Для лучевых поверхностей получаем соответственно сферу и эллипсоид. Точки соприкосновения этих поверхностей лежат на оптической оси. В двуосных кристаллах оба луча необыкновенные.
 [c.47]

Показатель преломления луча необыкновенного 145
 [c.364]

Призма Глана—Фуко (рис. 9.10). Она состоит из двух прямоугольных призм, изготовленных из кристалла исландского шпата, оптические оси которых перпендикулярны плоскости чертежа. Призмы разъединены тонкой воздушной прослойкой. Обыкновенный луч претерпевает полное внутреннее отражение, а необыкновенный проходит через обе призмы. Из-за двукратного прохождения необыкновенного луча через границу раздела воздух—исландский шпат его интенсивность заметно ослабляется. С целью уменьшения этого эффекта в 1948 г. Тейлор предложил другой вариант призмы (рис. 9.11). Оптические оси призмы в новой системе параллельны
 [c.228]

О ходе обыкновенного и необыкновенного лучей подробно изложено в следующей главе.
 [c.228]

Чтобы убедиться в этом, направим на кристалл линейно-поляризованный свет с амплитудой Е. Угол между плоскостью колебания в падающем свете и главным сечением кристалла обозначим через а. Очевидно, что электрические векторы необыкновенного и обыкновенного лучей образуют соответственно углы а и 90 —сс с плоскостью колебания падающего линейно-поляризованного света. Тогда амплитуды колебания электрического вектора для обыкновенного ( ). и необыкновенного [Ее) лучей соответственно будут
 [c.231]

Оптическая разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами в этом случае равна Х/4, т. е.
 [c.236]

При Лф = л/2 (обыкновенный луч отстает по фазе на я/2 от необыкновенного) из (9.6) имеем
 [c.236]

Пластинка, способная создать оптическую разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами, равную длине волны [d пп — / ,.) — Я1, называется пластинкой в 1Я .
 [c.238]

Если Vx = Vy> v , то эллипсоид вращения (лучевая поверхность необыкновенного луча) расположен внутри сферы (рис. 10.10) и оптическая ось совпадает с осью z. Такой кристалл (например, кварц) называется положительным (п = Пу По эллипсоида вращения (рис. 10.11) и такой кристалл (например, исландский шпат) называется отрицательным (ло > Пе).
 [c.259]

Различное поведение обыкновенного и необыкновенного лучей обусловлено различной ориентацией электрического вектора относительно оптической оси кристалла. Электрический вектор обыкновенного луча колеблется перпендикулярно оптической оси. Поэтому при любом направлении распространения обыкновенного луча взаимная ориентация электрического вектора и оптической оси остается неизменной, что приводит к независимости скорости распространения обыкновенного луча от направления Vx = Vy = Vq).
 [c.260]

В необыкновенном луче электрический вектор расположен в главном сечении (плоскости, проходящей через оптическую ось кристалла и падающий луч). В результате этого в зависимости от направления распространения необыкновенной волны угол между электрическим вектором и оптической осью меняется от О до 90 , что приводит к изменению скорости распространения необыкновенного луча = Vg от некоторого максимального или минимального (в зависимости от знака кристалла) значения скорости Ve до значения скорости обыкновенного луча t o- Соответственно показатель преломления для необыкновенного луча в зависимости от направления распространения в кристалле принимает значения между и п . Например, для исландского шпата (отрицательный кристалл) По — 1,658 п, = 1,486.
 [c.260]

Вышеизложенное позволяет нам еще раз отметить, что каждая падающая на одноосный кристалл волна в общем случае вызывает две преломленные волны. Каждой преломленной волне соответствует свое направление луча и своя лучевая скорость — скорость распространения энергии в кристалле. Обыкновенный луч распространяется по направлению нормали к волне со скоростью, не зависящей от направления. Необыкновенный луч образует с нормалью некоторый угол и имеет скорость, зависящую от направления. Это явление мы и называем двойным лучепреломлением.
 [c.261]

Общие замечания. В своем Трактате о свете , написанном в 1690 г., Гюйгенс впервые дал объяснение двойному лучепреломлению в одноосных кристаллах. При этом Гюйгенс исходил из предположения, что обыкновенному лучу соответствует возникновение в кристалле лучевой поверхности в виде сферы, а необыкновенному — в виде эллипсоида вращения. Далее, опираясь на уже известный нам принцип, Гюйгенс нашел пути прохождения обыкновенного и необыкновенного лучей в одноосном кристалле.
 [c.261]

При переходе света через границу раздела двух изотропных сред наблюдается преломление света, закономерности которого вытекают из принципа Гюйгенса. Со способом построения преломленного луча мы уже знакомы. Аналогичное построение имеет место при переходе света из изотропной среды в анизотропную. В этом случае при известном знаке кристалла и направлении оптической оси строят лучевые поверхности обыкновенного и необыкновенного лучей.
 [c.261]

Случай 3. Оптическая ось О О положительного кристалла параллельна преломляющей грани и плоскости падения. Луч света падает нормально к поверхности кристалла (рис. 10.15). В этом случае обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются, не преломившись, в направлении падения, но с разными скоростями (Уо > Vg). Для отрицательного кристалла получится тот же результат с той лишь разницей, что Vg [c.263]

Случай 4. Луч света падает нормально к поверхности кристалла, оптическая ось (на рис. 10.16 показана точкой внутри кружка) параллельна преломляющей грани и перпендикулярна плоскости падения. Так как эллипсоид и сфера должны соприкасаться вдоль оптической оси, то их сечения плоскостью чертежа представляют собой концентрические окружности разных радиусов. И в этом случае оба луча распространяются по направлению падающего луча с разными скоростями. Электрический вектор обыкновенного луча (изображен стрелкой) расположен в плоскости чертежа, в то время как электрический вектор необыкновенного луча направлен перпендикулярно плоскости чертежа (изображен точкой).
 [c.263]

Если принять толщину образца равной I, то разность фаз между вышедшими из образца обыкновенным и необыкновенным лучами
 [c.284]

Обозначив длину пути луча внутри об] азца через I, можно определить разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами
 [c.290]

При освещении кристалла узким пучком лучей в нем возникают два луча, соответствующие двум электромагнитным волнам, распространяющимся в кристалле с различными скоростями и вследствие чего лучи имеют различные показатели преломления (ло = ivi и Пе = /uj) и распространяются внутри кристалла в различных направлениях. Для одного из лучей показатель преломления о не зависит от направления луча в кристалле и таким образом остается постоянным при любом угле падения световой волны на кристалл этот так называемый обыкновенный луч полностью подчиняется обычным законам преломления. Другой луч — необыкновенный он не следует обычным законам преломления и, кроме частных случаев, не остается в плоскости падения. Скорость распространения этого луча в зависимости от направления распространения в кристалле может принимать различные значения в определенном интервале, соответственно с этим и показатель преломления его зависит от направления. В одноосном кристалле имеется только одно направление оптической оси, в котором оба луча имеют одну и ту же скорость распространения. Во всех других направлениях скорости распространения для обыкновенного и необыкновенного лучей различны.
 [c.71]

Поляроид. Если на выходе из кристаллической пластинки (см. рис. 235) один из лучей сильно ослабляется в результате поглощения, то из пластинки выходит линейно поляризованный свет. Такая пластинка называется поляроидом. Хорошим поляроидом являются криста.пль1 турмалина. Уже при толщине кристалла турмалина около 1 мм в нем практически полностью поглощается обыкновенный луч. В прошедшем луче (необыкновенном) электрический вектор колеблется параллельно оптической оси (см. рис. 235). Хорошим поляроидом также является герапатит, в котором уже при толщине 0,1 мм практически полностью поглощается один ш лучей.
 [c.275]

Призма Николя. Она является поляризади6н1юй призмой и изготовляется из исландского шпата. Кристаллы вырезают относительно оптической оси так, как указано на рис. 24Г, и склеивают канадским бальзамом по поверхности, отмеченной на рисунке более темным слоем. Коэффициент преломления канадского бальзама п = 1,550 он имеет числовое значение, заключенное между коэффициентами преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. При соответствующем выборе направления падающего луча необыкновенный луч проходит через призму, а обыкновенный на поверхности склейки испытывает полное отражение и выводится из призмы или поглощается на ее зачерненной поверхности. Призма Николя (ее часто называют просто николем) является наиболее широко распространенной поляризационной призмой.
 [c.275]

На фиг. 14 показана схема, в которой применяется ГВГ второго рода (обыкновенный луч + необыкновенный лучнеобыкновенный луч, о + н->н), а именно две части одной волны со взаимно перпендикулярными поляризациями и с относительным замедлением в течение времени т налагаются друг на друга в нелинейном оптическом кристалле (см. ч. I, разд. 3.22). При предпосылках, которые соблюдаются в большинстве экспериментов, выходной сигнал измерителя энергии позади кристалла пропорционален
 [c.70]

Во избежание нагревания призмы обыкновенный луч выводится из нее при помощи приклеенной призмочки (она на рисунке показана пунктирными линиями). Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно грани АС незначительно смещенным относительно падающего к кристаллу луча. Максимальный угол расхоясдения падающего луча (апертурный угол), при котором наблюдается поляризация, для призмы Николя равен 29°.
 [c.228]

Обыкновенный и необыкновенный лучи. Анализ поляризации света показал, что элект зический вектор в обыкновенном луче расположен перпенднкулярно главному сечению, а в необыкновенном — лежит U самом сечении, т. е. обыкновенный луч поляризован в главном сечении одноосного кристалла, а необыкновенный — в плоскости, перпендикулярной главному сечению.
 [c.231]

Если один из лучей (обыкновенный или необыкновенный) направить на двулучепреломляющий одноосный кристалл, то каждый из них удвоится (рис. 9.8). Следовательно, двойное лучепреломление возникает при падении на к 5исталл как естественного, так и линей-1Ю-поляризованного света. Разница заключается в том, что если в первом случае интенсивности обоих лучей равны, то во втором случае
 [c.231]

Как известно, обыкновенный и необыкновенный лучи являются линейно-поляризованными. Если их разъединить на достаточное расстояние друг от друга, то можно получить два линейно-поляризо-
 [c.231]

Двоякопреломляющие призмы. Призма Волластона. Призма состоит (рис. 9.12) из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Склеивание производится по гипотенузам. В первой призме АБС обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются по направлению падающего луча. Из-за ВЗЗИМ1ЮЙ перпендикулярности оптических осей призм ЛВС
 [c.233]

Призма Рошона. Основное отличне призмы Рошона (рис. 9.13) от призмы Волластона заключается в том, что оптическая ось первой призмы в случае призмы Рошона параллельна падающему лучу. Несмотря на то что в призме Рошона угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами меньше, чем в призме Волла-
 [c.233]

Оптичес1 ая разность хода между обыкновенными и необыкновен-н[,1ми лучами I такой пластинке, согласно (9.13), равна половине длины волны. Пластинка, толщина которой определяется формулой (9.13), называется пластинкой 1., волны . Легко видеть, что толщина эквивалентной ей пластинки определяется формулой
 [c.237]

Как следует из этого выражения, эллипс превращается в прямую при значениях разности фаз О и 2л. Это означает, что если разность фаз между взаимно перпендикулярными компонентами компенсировать, обращая ее в нуль или 2л, то эллиптически-поляри-зоваииый свет превратится в линейно-поляризованный. Таким образом, зная величину компенсации разности фаз, можно провести полный количественный анализ эллинтически-поляризованного света. Приборы, способные осуществить такую операцию—компенсировать произвольную разность фаз между обыкновенными и необыкновенными лучами, обращая ее в нуль или 2л, — называются компенсаторами. Ознакомимся с двумя их разновидностями.
 [c.239]

Компенсатор Бабине. Компенсатор Бабине (рис. 9.19) состоит из двух клиньев, изготовленных из кварца со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Луч света в общем случае проходит в клиньях разные пути и d . Из-за взаимной перпендикулярности оптических осей кварцевых клиньев луч обыкновенный в первом клине становится необыкновенным во втором, и наоборот. Тогда дополнительная разность хода между обыкновенным и необыкно-
 [c.239]

Можно было бы рассмотреть и другие случаи построения обыкновенных и необыкновенных лучей в однооосных кристаллах. Приведенные построения позволяют убедиться в универсальности метода Гюйгенса.
 [c.263]

Фундаментальным свойством световых лучей при их прохождении в кристаллах является двойное лучепреломление, открытое в 1670 г. Бартолином и подробно исследованное Гюйгенсом, опубликовавшим в 1690 г. свой знаменитый Трактат о свете, в котором изложены причины того, что происходит при отражении и преломлении и, в частности, при необыкновенном преломлении в кристаллах из Исландии . Двойное лучепреломление в УКВ-диапазоне было открыто лишь в XX в. П. Н. Лебедевым. Это явление играет меньшую роль в различных приложениях, поэтому ограничимся разбором оптических явлений.
 [c.114]