Поляризація при подвійному променезаломленні в кристалах

При проходженні світла крізь кристали (за винятком тих, котрі належать до кубічної системи) світловий промінь роз’єднується на два промені, які поляризовані у взаємно перпендикулярних площинах (мал. 8.23). Це явище одержа­ло назву подвійного променезаломлення. Для одного з цих двох променів не виконуються закони заломлення світла (він відхиляється від напрямку падаючого променя навіть при нульовому куті падіння на передню грань кристала) і тому він зветься незвичайним (е). Другий промінь, який задовольняє законам заломлення, зветься звичайним (о). Подвійне променезаломлення пояснюють різними швидкос­тя­ми розповсюдження звичайних (u_о) та незвичайних (u_е) променів і тому різними показниками заломлення n_о і n_е.

Мал. 8.23. Подвійне променезаломлення в кристалі.

Хід звичайних та незвичайних променів у кристалах можна наочно уявити за допомогою хвильових поверхонь. Уявіть, що всередині кристалу відбувся світловий спалах, внаслідок чого в усі боки розповсюджуються дві хвилі: звичайна та незвичайна. В деякий момент часу їх хвильові поверхні займуть положення, відображене на мал. 8.24. Сферичний фронт відповідає звичайній хвилі, а еліпсо­їдальний – незвичайній, швидкість розповсюдження якої залежить від напрямку. Для “додатніх” кристалів u_о > u_е (мал. 8.24а), а для “від’ємних” u_о < u_е (мал. 8.24б). У кристалах існує напрямок, вздовж якого звичайний та незвичайний промені розповсюджуються з однаковими швидкостями (u_e = u_о), просторово не розділяючись. Цей напрямок зветься оптичною віссю кристала. Найбільша різниця швидкостей звичайного та незвичайного променів має місце в напрямку, перпендикулярному оптичній вісі кристала. Площина в кристалі, яка проходить крізь оптичну вісь та падаючий промінь, зветься головною. У звичайному промені вектор Е коливається перпендикулярно головній площині, а у незвичайному – в головній площині.

Мал. 8.24. Розповсюдження в кристалі звичайної та незвичайної хвиль.

Поляризовані промені виходять з кристалу під дуже малими кутами. Слід підкреслити, що при виході з кристалу обидва промені відрізняються лише площинами поляриза­ції, саме тому назва “звичайний” та “незвичайний” має сенс лише всередині кристалу. Для просторового розведення променів використовують різні засоби. Найбільш розпов­сюд­же­ним є використання призми Ніколя (мал. 8.25). З кристалу ісландського шпату вирізають дві призми, а потім склеюють їх канадським бальзамом, показник заломлення n_к.б. якого має значення, проміжне між значеннями показників заломлення ісландського шпату для звичайного n_о та незвичайного n_e променів:

n_e < n_к.б. < n_о (n_e = 1.486; n_к.б. = 1.556; n_о = 1.658).

Мал. 8.25. Отримання поляризованого світла за допомогою призми Ніколя.

Кути в призмі підібрані таким чином, щоб звичайний промінь на поверхні канадського бальзаму зазнав повне внутрішнє відбиття і відхилився вбік. Незвичайний промінь проходить прошарок канадського бальзаму і виходить з кристалу (для нього не виконується умова повного внутрішнього відбиття, тому що n_к.б. > n_e).