Б) Поляризация света при двойном лучепреломлении. Дихроизм

Двойным лучепреломлением называется явление разложения естественного светового луча на два луча плоскополяризованного света (обыкновенный и необыкновенный) при прохождении естественного света через анизотропные кристаллы.

Двойное лучепреломление при нормальном падении луча света на поверхность кристалла показано на рисунке: обыкновенный луч, как следует из закона преломления, проходит, не преломляясь, необыкновенный преломляется.

Анизотропными кристаллами называются кристаллы, оптические, механические, электрические и другие свойства которых зависят от направления в кристалле (например, исландский шпат, кварц, турмалин и др.).

Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет, и оба луча (обыкновенный и необыкновенный) распространяются с одинаковой скоростью, называют оптическими осями кристалла. Если такое направление одно, то кристаллы называют одноосными.

Плоскость, проходящую через падающий луч и оптическую ось, называют главной оптической плоскостью. На рисунке показано, что обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной оптической плоскости, необыкновенный – в главной оптической плоскости, т.е. эти лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплитуды вынужденных колебаний зависят от направлений этих колебаний.

Ход обыкновенных и необыкновенных лучей в кристаллах можно наглядно представить с помощью волновых поверхностей. Предположим, что внутри кристалла произошла световая вспышка и во все стороны распространяются две волны: обыкновенная и необыкновенная. В некоторый момент времени их волновые поверхности займут положение, изображенное на рисунке (а - для положительных кристаллов, б – для отрицательных). Сферы соответствуют обыкновенным волнам, имеющим по всем направлениям одинаковую скорость, эллипсоиды – необыкновенным волнам, скорость которых зависит от направления. Вдоль оптических осей скорость обыкновенной и необыкновенной волн одинакова и равна: v_o =c/n_o, где n_o – показатель преломления обыкновенного луча, имеющий разное значение для различных кристаллов.

Для положительных кристаллов v_e≤v_o, для отрицательных – v_e ≥ v_o. Наибольшее различие скоростей обыкновенная и необыкновенная волны имеют в направлениях, перпендикулярных оптической оси. Для этих направлений вводят показатель преломления необыкновенного луча n_e. У исландского шпата (отрицательный кристалл): n_o = 1,6584; n_e = 1,4864 (для желтой линии натрия с λ = 589,3 нм), у кварца (положительный кристалл): n_o = 1,5442n_e = 1,5533 (для той же длины волны).

Некоторые другие кристаллы наряду с двойным лучепреломлением способны поглощать один из лучей сильнее, чем другой. Это явление называется дихроизмом.