Двойное лучепреломление света возникает. Большая энциклопедия нефти и газа

Двойное лучепреломление

Для получения поляризованного света пользуются также явлением двойного лучепреломления.

«Из Исландии, острова, находящегося в Северном море, на широте 66°, - писал Гюйгенс в 1678 г.,- был привезен камень (исландский шпат), весьма замечательный по своей форме и другим качествам, но более всего по своим странным преломляющим свойствам».

Если кусок исландского шпата положить на какую-либо надпись, то сквозь него мы увидим надпись сдвоенной (рис. 133).

Рис. 133. Двойное лучепреломление.

Раздваивание изображения происходит вследствие того, что каждому падающему на поверхность кристалла лучу соответствуют два преломленных луча. На рис. 134 изображен случай, когда падающий луч перпендикулярен к поверхности кристалла; тогда луч о, называемый обыкновенным, проходит сквозь кристалл непреломленным, а луч O называемый необыкновенным, идет по ломаной, изображенной на рис. 134.

Рис. 134. Ход лучей при двойном лучепреломлении.

Названия лучей понятны: обыкновенный луч ведет себя так, как мы этого могли ожидать на основании известных законов преломления. Необыкновенный же луч как бы нарушает эти законы: он падает по нормали к поверхности, но испытывает преломление. Оба луча выходят из кристалла плоскополяризованными, причем они поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. В этом легко убедиться весьма простым опытом. Возьмем какой-либо анализатор (например, стопу) и посмотрим сквозь него на раздвоенную картину, даваемую кристаллом. При определенном положении стопы мы увидим только одно из изображений, второе будет погашено. При повороте стопы вокруг луча зрения на 90° это второе изображение появится, но зато исчезнет первое. Таким образом, мы действительно убеждаемся в том, что оба изображения поляризованы и именно так, как это было только что указано.

Любопытно, что в 1808 г. Малюс совершенно случайно произвел сходный опыт и открыл поляризацию света при отражении от стекла. Посмотрев сквозь кусок исландского шпата на отражение заходящего солнца в окнах Люксембургского дворца в Париже, он с удивлением обнаружил, что два изображения, возникших в результате двойного преломления, имели различную яркость. Вращая кристалл, Малюс увидел, что изображения поочередно то делались ярче, то затухали. Малюс сначала решил, что здесь сказываются колебания солнечного света в атмосфере, но с наступлением ночи повторил опыт со светом свечи, отраженным от поверхности воды, а затем стекла. В обоих случаях, однако, эффект подтвердился. Малюсу принадлежит сам термин «поляризация» света.

Перейдем теперь к более детальному разбору явления двойного лучепреломления. Если мы будем изменять угол падения луча на поверхность кристалла, то при этом обнаружится новое замечательное свойство необыкновенного луча. Оказывается, что его показатель преломления не постоянен, а зависит от угла падения. Поскольку от угла падения зависит и направление преломленного луча в кристалле, можно сформулировать указанное свойство еще так: показатель преломления необыкновенного луча зависит от его направления в кристалле. Переходя, наконец, от показателя преломления к скорости распространения, можно сказать, что скорость необыкновенного луча в кристалле зависит от направления его распространения.

В этой окончательной формулировке оптические свойства кристалла совпадают с его остальными свойствами: диэлектрическая постоянная, теплопроводность и упругость кристалла также неодинаковы по разным направлениям. Соответствие между анизотропией оптических и электрических свойств кристалла становится вполне понятным, если вспомнить, что скорость света обратно пропорциональна корню квадратному из диэлектрической постоянной среды. Поэтому, строго говоря, скорость распространения световой волны зависит не от направления распространения, а от направления электрического поля световой волны. Если даже по одному направлению в кристалле распространяются две поляризованные во взаимно-перпендикулярных плоскостях световые волны, то их скорости будут различны (за исключением некоторых специальных случаев). Примером двух таких волн являются необыкновенный и обыкновенный лучи.

Если от точки, лежащей на поверхности исландского шпата, провести внутри кристалла радиусы-векторы, величина которых пропорциональна скорости света по соответствующим направлениям, то концы их будут лежать на поверхности эллипсоида вращения. Это эквивалентно тому, что волновая поверхность световых колебаний, распространяющихся от точки, имеет эллипсоидальную форму в отличие от сферической при распространении в аморфном теле. Все время речь, конечно, идет о необыкновенном луче. Обыкновенные же лучи, очевидно, образуют сферическую волновую поверхность. Таким образом, в кристалле мы имеем два типа волновых поверхностей: эллипсоиды и сферы. Эти эллипсоиды и сферы соприкасаются в точках, лежащих на прямых, называемых оптическими осями кристалла.

Ясно, что свет распространяется по направлению оптической оси со скоростью, совершенно не зависящей от состояния поляризации. В исландском шпате имеется только одно направление оптической оси - одноосный кристалл.

Пользуясь простым графическим методом, основанным на принципе Гюйгенса, построим преломленную волну как обыкновенного, так и необыкновенного лучей. Одна волна явится касательной к ряду элементарных сфер, другая будет касательной к ряду эллипсоидов. Мы видим, что образуется угол между этими двумя плоскими волнами, что соответствует образованию угла между преломленными лучами, т. е. двойному лучепреломлению.

Рис. 5. Построение Гюйгенса в кристалле.

В отличие от изотропной среды в кристалле луч (необыкновенный) уже не является нормалью к волновой поверхности. На рис. 5 о обозначает обыкновенный луч, e - необыкновенный и n - нормаль.

Однако есть и в кристалле исландского шпата такое направление, по которому и обыкновенный, и необыкновенный лучи идут с одинаковой скоростью, не разделяясь. Это направление носит название оптической оси кристалла. Очевидно, что на оптической оси лежат точки соприкосновения эллипсоида со сферой. В плоскости, перпендикулярной к оптической оси, лежат направления, по которым разность скоростей между обыкновенным и необыкновенным лучами максимальна. Обыкновенный и необыкновенный лучи идут при этом по одному направлению, но необыкновенный луч обгоняет обыкновенный.

Всякая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением или главной плоскостью кристалла.

Кроме исландского шпата к числу одноосных кристаллов принадлежат, например, кварц и турмалин. Есть кристаллы, в которых явления преломления подчиняются еще более сложным законам. В частности, для них существуют два направления, по которым оба луча идут с одинаковой скоростью, поэтому такие кристаллы называются двуосными (например, гипс). В двуосных кристаллах оба луча необыкновенные, т. е. скорости распространения обоих лучей зависят от направления.

Турмалин обладает замечательной способностью поглощать один из лучей, получающихся при двойном лучепреломлении, благодаря чему кристалл турмалина служит как поляризатор, дающий сразу один поляризованный луч.

Еще в 1850 г. Герапат обнаружил, что искусственно изготовленные кристаллики сульфата йодистого хинина обладают такими же свойствами, как турмалин.

Рис. 6. Применение поляроидов.

Однако отдельные кристаллики были слишком малы и быстро портились на воздухе. Лишь в самые последние годы научились изготовлять в промышленных масштабах целлулоидную пленку, в которую введено большое количество совершенно одинаково ориентированных кристалликов сульфата йодистого хинина. Эта пленка называется поляроидом.

Поляроид полностью поляризует свет, не только проходящий по нормали к его поверхности, но сохраняет свои свойства для лучей, образующих с нормалью углы до 30°. Таким образом, поляроид может поляризовать довольно широкий конус световых лучей.

Поляроид нашел себе широкое применение в самых разнообразных областях. Укажем на наиболее любопытное применение поляроида в автомобильном деле.

Пластинки из поляроида укрепляются на переднем стекле автомобиля (рис. 6) и на автомобильных фарах. Пластинка поляроида на переднем стекле является анализатором, пластинки на фарах - поляризаторами. Плоскости поляризации пластинок составляют угол 45° с горизонтом и параллельны друг другу. Шофер, смотрящий на дорогу сквозь поляроид, видит отраженный свет своих фар, т. е. видит освещенную ими дорогу, так как соответствующие плоскости поляризации параллельны, но не видит света от фар встречного автомобиля, снабженного также пластинками из поляроида. В последнем случае, как нетрудно убедиться из рис. 6, плоскости поляризации будут взаимно-перпендикулярны. Тем самым шофер защищен от слепящего действия фар встречного автомобиля.

Из поляроида изготовляются очки, сквозь которые делаются незаметными блики света, отраженного от блестящих поверхностей. Объясняется это тем, что обычно блики частично или полностью поляризованы. Поляроидные очки весьма целесообразно применять в музеях и картинных галереях (поверхность картин, нарисованных масляными красками, часто дает блики, мешающие рассмотреть картины и искажающие оттенки красок).

Одним из наиболее распространенных поляризаторов является так называемая призма Николя, или просто николь.

Рис. 7. Разрез призмы Николя.

Призма Николя представляет собой кристалл исландского шпата, распиленный по диагонали и склеенный канадским бальзамом (рис. 7). В призме Николя один из лучей, возникающих в результате двойного лучепреломления, устраняется весьма остроумным способом. Обыкновенный луч, преломляющийся сильнее, падает на границу с канадским бальзамом под углом падения, большим, чем необыкновенный луч. Поскольку показатель преломления канадского бальзама меньше, чем исландского шпата, происходит полное внутреннее отражение и луч попадает на боковую грань. Боковая грань покрыта черной краской и поглощает падающий на нее луч. Из призмы выходит, таким образом, только один плоскополяризованный луч (необыкновенный). Плоскость поляризации этого луча носит название главной плоскости николя.

Два николя, расположенных друг за другом, с взаимно-перпендикулярными главными плоскостями, очевидно, совершенно не пропустят света. Если же главные плоскости будут параллельны, то сквозь николи пройдет максимальное количество света. Возникает вопрос, какое количество света пропустит такая комбинация николей при каком-либо промежуточном положении, когда угол а между главными плоскостями больше нуля, но меньше 90°.

Поскольку каждый поляризатор, как мы уже говорили, можно сравнить со щелью, пропускающей лишь колебания, лежащие в ее плоскости, ход вычисления интенсивности света, прошедшего через два николя, ясен. Для этой цели изобразим главные плоскости николей в виде прямых I u II (рис. 138). Тогда выходящие из первого николя колебания совпадают с I и если мы их разложим на две компоненты (одну, совпадающую с II и вторую, к ней перпендикулярную), то первая компонента пройдет полностью, а вторая, очевидно, будет задержана николем. Величина амплитуды, слагающей колебания по направлению II, как видно из чертежа, равна A где А - амплитуда колебаний, вышедших из первого николя. Эта компонента, как мы только что сказали, пройдет полностью; следовательно, это и будет амплитуда прошедшего через два николя колебания.

Рис. 8. К расчету энергии, прошедшей сквозь два николя.

Энергия световой волны, как и всякого колебания, пропорциональна квадрату амплитуды; следовательно, окончательно для световой энергии, прошедшей сквозь два николя, мы имеем следующую формулу - закон Малюса:

причем I меняется от до 0 при изменении α от 0 до . Таким образом, вращая один из николей, мы можем ослаблять проходящий свет в любое число раз и получать свет любой интенсивности.

Закон Малюса, очевидно, применим для любого поляризатора и анализатора. В частности, тому же закону подчиняется интенсивность света, отраженного последовательно от двух стеклянных зеркал.

Если призма Николя служит для получения одного поляризованного луча, то призма Волластона дает два луча, поляризованных во взаимно-перпендикулярных плоскостях и расположенных симметрично по отношению к падающему лучу. Устройство призмы Волластона чрезвычайно остроумно и особенно отчетливо показывает, как скорость распространения лучей в кристалле зависит от направления их плоскости поляризации.

Рис. 9. Призма Волластона.

Призма Волластона состоит из двух кусков исландского шпата, вырезанных параллельно оптической оси и склеенных так, что оптическая ось одного куска перпендикулярна к оптической оси другого куска. На рис. 9 оптическая ось правого куска параллельна плоскости чертежа, а оптическая ось левого куска перпендикулярна к ней.

Пучок света, падающий нормально на верхнюю границу, разделится на два луча: обыкновенный с плоскостью поляризации, параллельной оптической оси, и необыкновенный, поляризованный в перпендикулярном направлении. Оба луча идут по одному направлению, но с разными скоростями, определяемыми показателями преломления и . Дойдя до границы раздела со вторым куском, оба луча меняются ролями. Плоскость поляризации обыкновенного (в первом куске) луча уже становится перпендикулярной к оптической оси (второго куска), следовательно, этот луч во втором куске будет распространяться как необыкновенный. Наоборот, необыкновенный в первом куске луч будет во втором куске уже обыкновенным, так как его плоскость поляризации параллельна оптической оси этого куска. Таким образом, один луч (обыкновенный в первом куске) переходит из среды с показателем преломления в среду с показателем преломления другой (необыкновенный в первом куске) - из среды в среду с . У исландского шпата больше . Следовательно, первый луч переходит из более плотной среды в менее плотную, второй - наоборот. В результате один луч преломится на границе влево, а другой настолько же вправо, и из призмы симметрично войдут два поляризованных луча.

Из теории Максвелла для анизотропных сред следует интересное следствие. Некоторые кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления. Это свойство проявляется в раздваивании падающего на кристалл луча и тесно связано с поляризацией света. Впервые оно наблюдалось в кристаллах исландского шпата СаСО э. Направление, в котором не наблюдается двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. Кристаллы, у которых такое выделенное направление является единственным, называются одноосными. К одноосным кристаллам принадлежат также кварц и турмалин. Бывают также двуосные кристаллы.

Рис. 28.2

Если через кристалл, обладающий указанным свойством, смотреть на окружающие предметы, то каждый предмет будет раздваиваться. Особенностью двойного лучепреломления является то, что один из преломленных лучей, называемый обыкновенным лучом , подчиняется закону преломления: его показатель преломления не зависит от угла падения, а падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к отражающей плоскости в точке падения. Другой луч, называемый необыкновенным лучом, этому закону не подчиняется. Даже при нормальном падении света на поверхность кристалла необыкновенный луч обычно меняет при преломлении направление движения (рис. 28.2). Точками (перпендикулярно плоскости рисунка) и жирными короткими стрелками (параллельно плоскости рисунка) на рисунке показано направление плоскости поляризации лучей, а пунктиром - направление оптической оси кристалла. Оба преломленных луча плоскополяризованы, причем их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны.

Двойное лучепреломление объясняется тем, что из-за анизотропии кристалла распространяющийся в нем свет имеет две характерные фазовые скорости. Если колебания в световой волне происходят параллельно оптической оси, то свет распространяется с одной скоростью. А если колебания идут в перпендикулярной оптической оси плоскости, то фазовая скорость другая. Для обыкновенной волны плоскость колебаний всегда перпендикулярна оптической оси, поэтому она имеет одинаковые скорость v 0 и показатель преломления п 0 по всем направлениям:

А необыкновенную волну можно разбить на составляющие с колебаниями вдоль и поперек оптической оси и с разной фазовой скоростью. При этом при распространении вдоль оптической оси скорость необыкновенной волны равна скорости обыкновенной (28.5). А при распространении в направлениях поперек оптической оси скорость необыкновенной волны наиболее сильно отличается от (28.5) и определяется показателем преломления п е необыкновенного луча:

Ход обыкновенных и необыкновенных лучей удооно представить с помощью волновых поверхностей. Предположим, что внутри кристалла произошли две вспышки, давшие начало распространению во всех направлениях обыкновенной и необыкновенной волн. Тогда на основании вышеприведенных рассуждений можно понять, что волновая поверхность обыкновенной волны задается сферой. В свою очередь, волновая поверхность необыкновенной волны задается эллипсоидом. При этом одна из осей эллипсоида равна диаметру сферы. Если эллипсоид вписан в сферу wv e то такой кристалл называется положительным. Если эллипсоид описан вокруг сферы и v e > v 0 , то такой кристалл называется отрицательным. Например, кристалл исландского шпага является отрицательным, причем п е = 1,49 и я 0 = 1,66.

Обыкновенный и необыкновенный лучи обычно слишком мало разведены в пространстве, и это затрудняет непосредственное использование двойного лучепреломления для изготовления поляризаторов. Приходится делать специальное устройство, называемое призмой Николя (сокращенно - николь). Оно состоит из двух прямоугольных призм из исландского шпата, склеенных слоем канадского бальзама (рис. 28.3). Обыкновенный луч сильнее преломляется, чем необыкновенный, и на границе исландский шпат - канадский бальзам испытывает полное внутреннее отражение, уходя в сторону и поглощаясь черненой поверхностью. Поэтому только необыкновенный луч проходит призму, давая плоскополяризованный луч. Вторая призма имеет вспомогательное значение и лишь спрямляет образованный луч по отношению к входящему лучу.

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ

Раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду (напр., кристалл), обусловленное зависимостью преломления показателя этой среды от направления электрич. вектора световой (см. КРИСТАЛЛООПТИКА , ОПТИЧЕСКАЯ АНИЗОТРОПИЯ). При падении световой волны на анизотропную среду в ней возникают две волны с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). В одноосных кристаллах одна из волн имеет плоскость поляривации, перпендикулярную гл. сечению, т. е. плоскости, проходящей через направление луча света и оптическую ось кристалла (обыкновенный луч), а другая - плоскость, параллельную главному сечению (необыкновенный луч). Скорость распространения обыкновенной волны и, следовательно, для неё n0 не зависят от направления её распространения, а распространения и показатель преломления nе необыкновенной волны - зависят. Для необыкновенного луча обычные законы преломления изменяются; в частности, он может не лежать в плоскости падения. При распространении вдоль оптич. оси n0=nе и Д. л. отсутствует. Одноосные наз. положительными или отрицательными в зависимости от знака разности nе - n0. Макс. абс. величина этой разности служит числовой хар-кой Д. л. В двуосных кристаллах показатели преломления обоих лучей, возникающих при Д. л., зависят от направления распространения. Д. л. двуосных кристаллов можно характеризовать тремя главными показателями преломления.

Д. л. может наблюдаться не только в естественно-анизотропной среде, но и в среде с искусственно вызванной анизотропией, напр. при наложении внеш. поля - электрического (см. КЕРРА ЭФФЕКТ), магнитного (см. КОТТОНА - МУТОНА ЭФФЕКТ), поля упругих сил (см. ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, ФОТОУПРУГОСТЬ).

Явление, аналогичное Д. л., наблюдается и в др. диапазонах эл.-магн. волн, напр. в диапазоне СВЧ в плазме, находящейся в магн. (а следовательно, анизотропной); (см. В ИОНОСФЕРЕ).

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ

Раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду, обусловленное зависимостью показателя преломления (а следовательно, и скорости волны) от её поляризации и ориентации волнового вектора относительно кристаллографич. осей, т. е. от направления распространения (см. Кристаллооптика, Оптическая анизотропия). При падении световой волны на анизотропной среды в последней возникают две преломлённые волны, имеющие разную поляризацию и идущие в разных направлениях с разл. скоростями. Отношение амплитуд этих волн зависит от поляризации падающей волны. Различают линейное и эллиптическое Д. л. в зависимости от свойств и симметрии кристаллов.

В прозрачных немагн. кристаллах без дисперсии пространственной происходит линейное Д. л. - возникают две линейно поляризов. волны, векторы индукции к-рых D 1 и D 2 взаимно ортогональны и соответственно ортогональны векторам магн. поля H 1 и H 2 . Д. л. в кристаллах можно описать, приведя диэлектрической проницаемости . к главным осям и задав значения: - "главные показатели преломления"; величину Д. л. обычно описывают макс. разностью этих показателей преломления. При прохождении света через границу двух анизотропных сред происходит более сложное преобразование двух падающих волн в две преломлённые.

В прозрачных магн. кристаллах без пространств. дисперсии также имеет место линейное Д. л., однако векторы индукций (электрической D и магнитной В )в двух волнах не ортогональны ( ).

Д. л. в этом случае является следствием того, что электрич. и магн. проницаемости описываются разл. тензорами; в гипотетич. среде, где ( -скаляр), Д. л. отсутствовало бы (но скорости волн зависели бы от направления).

В прозрачных немагн. кристаллах с пространств. дисперсией первого порядка - гиротропией - падающая волна распадается на две волны (идущие по разным направлениям с разными скоростями), поляризованные эллиптически, причём соответственные оси эллипсов D 1 и D 2 ортогональны, а направления обхода этих эллипсов противоположны - происходит эллиптическое Д. л. В нек-рой области частот возможно появление даже большего числа волн - 3 или 4.

В кристаллах, обладающих поглощением, картина Д. л. более сложна. Как известно, волны в поглощающих средах неоднородны; векторы E, D и H, В в общем случае поляризованы эллиптически, причём эллипсы различны и ориентированы по-разному. Поэтому в общем случае имеет место эллиптическое Д. л.; эллипсы векторов двух волн D 1 и D 2 подобны, ортогональны и имеют одно направление обхода, но разные размеры вследствие анизотропии поглощения (см. Дихроизм). То же имеет место для векторов B 1 и B 2 , но эллипсы их отличаются от первых формой и ориентацией (ориентации совпадают лишь при круговой поляризации).

В зависимости от свойств симметрии анизотропной среды в ней имеется несколько избранных направлений, в к-рых Д. л. отсутствует; эти направления наз. оптич. осями. Могут быть оси изотропные, вдоль к-рых волны любой поляризации распространяются с одинаковой скоростью, и оси круговые, вдоль к-рых без Д. л. может распространяться лишь волна определ. знака круговой поляризации. Прозрачные кристаллы низших сингоний обычно имеют две изотропные оси, при симметрии выше 222 D 2 (см. Симметрия кристаллов )они сливаются в одну. При наличии поглощения кристаллы низших сингоний имеют одну изотропную ось (в частном случае ромбич. сингоний - две) и (или) несколько круговых.

Д. л. может наблюдаться не только в естественно-анизотропной среде, но и в среде с искусств. анизотропией, вызванной асимметричными деформациями, внутр. натяжениями (см. Фотоупругость), приложением акустич. поля (см. Акустооптика), приложением электрических (см. Керра эффект )или магнитных (см. Коттона - Мутона эффект )полей, анизотропным нагревом. В жидкостях возможно создание Д. л. в потоке, если жидкости или растворённого вещества обладают несферич. формой и анизотропной поляризуемостью.

Явление, аналогичное Д. л, наблюдается и в др. диапазонах эл.-магн. волн, напр. в диапазоне СВЧ в плазме, находящейся в магн. поле (а следовательно, анизотропной); см. Волны в плазме.

Лит.: Федоров Ф. И., Оптика анизотропных сред. Минск, 1958, Кизель В. А., Отражение света, M , 1973, гл. 1, 2; Федоров Ф. И., Филиппов В. В., Отражение и прозрачными кристаллами, Минск. 1976; Дорожкин Л. M. и др., Измерение показателей преломления монокристаллов методом равных отклонений, "Краткие сообщения по физике", 1977, № 3, с. 8; Stаmnеs J., Shеrman G., Reflection and refraction of an arbitrary wave at a plane interface separating two uniaxial crystals, "J. Opt. Soc. Amer.", 1977, v. 67, p. 683; Halevi P., Mendoza-Hernfindez A., Temporal and spatial behavior of the Poynting vector in dissepative media refraction from vacuum into a medium, "J. Opt. Soc. Amer.", 1981, v. 71, p. 1238.

В. А. Кизель.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ" в других словарях:

Двойное лучепреломление - (схема): MN направление оптической оси; о обыкновенный луч; е необыкновенный луч. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ, раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду. Открыто в 1670 датским физиком Э. Бартолином на кристалле исландского… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ, раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду. Открыто в 1670 датским физиком Э. Бартолином на кристалле исландского шпата (CaCO3). В некоторых кристаллах, например турмалине, каждый из раздвоенных… … Современная энциклопедия

Раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду (см. Анизотропия), происходящее вследствие зависимости показателя преломления среды от направления напряженности электрического поля световой волны. Световая волна в анизотропном… … Большой Энциклопедический словарь

двойное лучепреломление - Раздвоение световых лучей при преломлении на границе с анизотропной средой. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики физическая оптика Обобщающие … Справочник технического переводчика

Оптические свойства галита и кальцита … Википедия

Раздвоение лучей света при прохождении через оптически анизотропную среду (напр., большинство кристаллов), происходящее вследствие зависимости показателя преломления от направления электрич. вектора Е световой волны. В одноосном кристалле (см.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Расщепление пучка света в анизотропной среде (например, в кристалле) на два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Д. л. впервые обнаружено и описано профессором… … Большая советская энциклопедия

Раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду (см. Анизотропия), происходящее вследствие зависимости показателя преломления среды от поляризации и ориентации волнового вектора относительно кристаллографических осей, то есть… … Энциклопедический словарь

двойное лучепреломление - Birefringence Двойное лучепреломление Оптическое явление, обусловленное наличием у кристалла различных показателей преломления для двух взаимноперпендикулярных ориентаций плоскости поляризации света. В общем случае, в двулучепреломляющих… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

двойное лучепреломление - dvejopas spindulių lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Anizotropinėje terpėje sklindančio šviesos spindulio skaidymasis į du spindulius. atitikmenys: angl. birefringence; double refraction vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Cтраница 1

Явление двойного лучепреломления в кальците открыл Бартолин в 1669 г. Гюйгенс в 1690 г. дал формальную теорию явления, выдвинув предположение, что оба луча имеют разную скорость; однако причину этого он объяснить не мог. В 1808 г. Малюс возродил представления Ньютона, объяснив особенности лучей, возникающих при двойном лучепреломлении, их полярными свойствами - аналогично полюсам магнита.

Явление двойного лучепреломления также может быть использовано для получения плоскополяризованного света.

Явление двойного лучепреломления заключается в том, что упавшая на кристалл волна внутри кристалла разделяется на две волны, распространяющиеся в общем случае в различных направлениях, с различными скоростями и имеющие различную поляризацию. Это явление наблюдается лишь в анизотропных средах и возникает вследствие зависимости скорости света от направления светового вектора волны. У двоякопреломляю-щих веществ имеются одно или два направления, вдоль которых свет с любым направлением светового вектора распространяется с одной и той же скоростью. Эти направления называются оптическими осями. Для кристаллов с одной оптической осью (одноосных кристаллов) плоскость, проходящая через оптическую ось и световой луч, называется главной плоскостью. Скорость одной из волн в таких кристаллах не зависит от направления ее распространения. Эта волна называется обыкновенной, плоскость ее колебаний перпендикулярна главной плоскости. У другой волны, которая называется необыкновенной, световой вектор лежит в главной плоскости, а ее скорость зависит от направления распространения.

Явление двойного лучепреломления связано с молекулярной анизотропией, которая может быть следствием начальной анизотропной структуры, как это наблюдается в кристаллах, или же результатом деформации.

Явление двойного лучепреломления в потоке заключается в том, что некоторые жидкости (например, оргавнческие вязкие жидкости с удлиненной формой молекул) при течении обнаруживают оптическую анизотропию. Особенно сильно двойное лучепреломление проявляется при течении золей с палочкообразными час.

Явление двойного лучепреломления в потоке заключается в том, что [ [ екоторые жидкости (например, органические вязкие жидкости с удлиненной формой молекул) при течении обнаруживают оптическую анизотропию. Особенно сильно двойное лучепреломление [ проявляется при течении золей с палочкообразными час.

Явление двойного лучепреломления в изделиях из полистирола Винтергерст и Хеккель рассматривают как следствие молекулярной ориентации, происходящей в процессе литья под давлением.

Явление двойного лучепреломления в потоке заключается в том, что некоторые жидкости (например, органические вязкие жидкости с удлиненной формой молекул) при течении обнаруживают оптическую анизотропию, выражающуюся в появлении двойного лучепреломления. Особенно сильно двойное лучепреломление проявляется при течении золей с палочкообразными частицами и растворов высокомолекулярных соединений.

Явление двойного лучепреломления легко продемонстриро вать с помощью листка целлофана. Целлофан состоит из длинных молекул - волокон, и его структура неизотропна, поскольку волокна по большей части вытянуты в одном направлении. Для наблюдения явления двойного лучепреломления необходим пучок линейно поляризованного света, который нетрудно получить, пропуская неполяризованный свет через пластинку поляроида.

Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено в кристаллах. Оно обусловлено анизотропией структуры и, в частности, зависимостью диэлектрической проницаемости е или показателя преломления п (п е) от направления в кристалле, и заключается в том, что при прохождении через кристалл световой луч раздваивается. Направление одного из лучей (обыкновенный луч) при выходе из кристалла удовлетворяет обычному закону преломления и лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью; второй луч (называемый необыкновенным) проходит в кристалле под другим углом. В результате из кристалла выходят два луча, имеющих направления, параллельные первоначальному. Например, при рассматривании точки через кристалл исландского шпата, на котором впервые было обнаружено явление двойного лучепреломления (1670 г.), наблюдается ее раздваивание. Кроме того, обыкновенный и необыкновенный лучи поляризуются во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Явление двойного лучепреломления можно наблюдать под микроскопом, поместив материал, содержащий сферолиты, между скрещенными поляроидами. Присутствие сферолитов непосредственно свидетельствует о кристалличности данного материала. Заметим, что двойное лучепреломление само по себе без сферолитной структуры не является достаточным доказательством присутствия кристаллов, поскольку двойное лучепреломление наблюдается и в ориентированных аморфных областях.

Явление двойного лучепреломления в потоке, обнаруженное впервые Максвеллом в 1870 г. , заключается в том, что в ламинарном потоке под действием сдвигового напряжения жидкость или раствор становятся оптически анизотропными.

Явление двойного лучепреломления является оптическим свойством кристаллических тел. При пропускании света через прозрачную кристаллическую пластинку световая волна разлагается на две плоско-поляризованные волны, имеющие взаимно перпендикулярные плоскости колебаний и распространяющиеся внутри кристалла с различными скоростями.

Явление двойного лучепреломления обладает целым рядом особенностей. Мы отметим только, что при этом явлении поляризуются оба преломленных луча.

Явление двойного лучепреломления.

Естественный свет, падая на оптически анизотропную среду, делится на две полностью линейно поляризованные волны с взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний (рис.4)

При этом одна из них, называемая обыкновенной волной О , распространяется в кристалле во всех направлениях с одинаковой скоростью и, следовательно, характеризуется постоянным значением показателя преломления n 0 . Вторая световая волна, называемая необыкновенной е , распространяется с различными скоростями в зависимости от угла, образуемого лучом и кристаллографическими осями кристалла. В связи с этим она характеризуется различными показателями преломления.

Значение показателя преломления необыкновенной волны, максимально отличающееся от n 0 , обозначается n е .

Колебания электрического вектора в необыкновенной волне совершаются в плоскости "главного сечения кристалла", то есть в плоскости, проходящей через направление распространения света и направление оптической оси, а колебания вектора в обыкновенной волне к ним перпендикулярны.

Оптическая ось кристалла – это такое направление, для которого скорости распространения обыкновенной и необыкновенной волн одинаковы. Поэтому луч, распространяющийся вдоль оптической оси, не претерпевает раздвоения и не меняет характера поляризации. В том случае, если световая волна падает на кристалл перпендикулярно к его оптической оси, то обыкновенная и необыкновенная волны распространяются по одному и тому же направлению, но с различными скоростями.

Причиной двойного лучепреломления является анизотропия поляризуемости молекул, которая ведет к тому, что диэлектрическая проницаемость, а значит, и показатель преломления среды будут различны для разных направлений электрического вектора световой волны.

Явление двойного лучепреломления используется, в частности, для получения линейно поляризованного света с помощью различных поляризационных призм (призмы Николя, Глана-Томсона и др.). Это довольно дорогие и труднодоступные приборы. Во многих случаях для получения линейно поляризованного света широко используются более доступные приборы-поляроиды.

В поляроидах используется явление оптического дихроизма , то есть явление различного поглощения обыкновенного и необыкновенного лучей. Причина дихроизма – анизотропное строение вещества. Если полимерную пленку, состоящую из весьма длинных линейных, вытянутых молекул, подвергнуть специальной химической обработке, а затем в нагретом состоянии растянуть в определенном направлении, то после охлаждения полимерные молекулы ориентируются своими длинными осями вдоль направления растяжения. Образуются "эффективные провода", расстояние между которыми меньше длины волны видимого света. Такая пленка становится анизотропной. Она поглотает составляющую электрического вектора в падающей волне, направленную вдоль "проводов", а составляющую электрического поля, поперечную проводам, пропускают с очень малым ослаблением. Это объясняется следующим образом. Составляющая электрического вектора в падающем излучении, параллельная «проводам», вызывает перемещение электронов вдоль "проводов", которые во-первых, передают при столкновениях часть своей энергии кристаллической решетке "проводника" и, во-вторых, излучают энергию. Излучение электронов ослабляет падающее излучение. Под действием составляющей электрического вектора, перпендикулярной "проводам", электроны не мот свободно перемещаться, так как их движение ограничено малым поперечником "проволоки". Они не испускают и не поглощают энергию. Следовательно, от прохождения через "проволочную ограду" эта составляющая падающего излучения не меняется. В поляроиде существует ось, в направлении которой поглощение излучения практически отсутствует. Эта ось называется осью свободного пропускания .