Поляризация при двойном лучепреломлении. Построение Гюйгенса изотропной и анизотропной сред.

Всякие вещества обладают определенными свойствами: оптическими, электрическими, магнитными, механическими.

Изотропные- одинаковые свойства во всех направлениях.

Анизотропные - в различных направлениях свойства различны. Примером анизотропного вещества может служить исландский шпат (кристаллы углекислого кальция СаСО₃). Если через кристалл исландского шпата пропустить узкий пучок естественного света, то вследствие анизотропии оптических свойств луч естественного света разделится на два луча: обыкновенный и необыкновенный. Это явление называется двойным лучепреломлением.

Луч ВС – обыкновенный (О)

Луч ВD – необыкновенный (е)

Лучи обыкновенный и необыкновенный после выхода из кристалла будут параллельны друг другу и поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Для обыкновенного луча для различных направлений распространения света в кристалле. Для необыкновенного луча т. е. для различных направлений распространения света показатель преломления различен.

В кристалле исландского шпата существует одно определенное направление, вдоль которого оба преломленных луча распространяются, не раздваиваясь, и с одной скоростью, как в обычной изотропной среде.

- показатель преломления обыкновенного луча – отношение скорости электромагнитного излучения в вакууме к скорости обыкновенного луча в анизотропной среде.

- главный показатель преломления необыкновенного луча – отношение скорости электромагнитного излучения в вакууме к фазовой скорости необыкновенного луча в анизотропной среде в направлении, перпендикулярном к оптической оси, в случае одноосной анизотропии, или в направлении, перпендикулярном биссектрисе угла между оптическими осями, в случае двухосной анизотропии.

Показатель двулучепреломления - разность между главным показателем преломления необыкновенного луча в анизотропной среде и показателем преломления обыкновенного луча в той же среде. Такое направление называют оптической осью кристалла (Одноосные и двуосные кристаллы). Любая прямая, параллельная оптической оси, тоже есть оптическая ось. Плоскость, проходящая через оптическую ось и нормаль к волновой поверхности распространяющихся волн, носит название плоскости главного сечения или главной плоскости.

Колебания вектора D обыкновенного луча происходят перпендикулярно главной плоскости (т. е. обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости). Колебания вектора D необыкновенного луча происходят в главной плоскости (т. е. необыкновенный луч поляризован в главной плоскости).

Гюйгенс (1629-1695 гг) предложил принцип, позволяющий по данному положению волнового фронта найти его положение в последующие моменты времени. По Гюйгенсу; всякая точка, которой достиг волновой фронт, может рассматриваться как самостоятельный источник элементарных волн: новый фронт волны представляет собой огибающую всех элементарных волн. Для одноосных кристаллов Гюйгенс предположил, что обыкновенному лучу соответствует волновая поверхность в виде сферы, а необыкновенному – в виде эллипсоида вращения. Форма волновых поверхностей (точнее – их сечений) для одноосного кристалла показана на рисунке.

Здесь а) – положительный кристалл, для него и, следовательно, ; б) – отрицательный кристалл, , (Исландский шпат – отрицательный кристалл).

Пример построения Гюйгенса для частного случая показан на рис. Обратите внимание – луч определяется как отрезок прямой. проведенной из точки А в точку касания волновой поверхности (результирующей волны) и волновой поверхности элементарного источника. На рисунке показано направление соответствующих лучей. Направление же перемещения фронта волны – это направление нормали к поверхности волнового фронта. Видно, что для обыкновенного луча эти два направления совпадают, а для необыкновенного – нет.