Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы контроля и анализа» для студентов Казнту имени К. И. Сатпаева по специальности 050716
Лекция 7. Двойное лучепреломление. Поляроиды
жүктеу/скачать 1,12 Mb.
|
| Лекция 7.
Двойное лучепреломление. Поляроиды. Для кристаллов характерна анизотропия, т. е. различие физических свойств, в том числе и оптических, по определенным направлениям. Обычно при этом выделяют направление, по которому оптические свойства кристалла наиболее отличаются, и называют его оптической осью кристалла. Направление оптической оси указывается относительно каких-либо характерных особенностей геометрической формы кристалла. Оптическую ось, параллельную этому направлению, можно провести через любую точку кристалла. Анизотропия оптических свойств проявляется, например, в различии скорости распространения света в кристалле и соответственно показателя преломления по различным направлениям. Кроме того, в кристаллах (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) наблюдается явление двойного лучепреломления, которое заключается в разделении светового пучка, падающего на кристалл, на два проходящих через кристалл по несколько отличным направлениям. Двойное лучепреломление можно наблюдать, если на грань достаточно толстого двоякопреломляющего кристалла направить узкий световой пучок АБ (рис. 7.1, а). Преломляясь на грани кристалла, пучок разделяется на два пучка БД и' БЕ, которые проходят кристалл по несколько отличным направлениям и выходят из него в виде двух независимых пучков, по интенсивности равных каждый примерно половине интенсивности света падающего пучка. Если сквозь подобный кристалл смотреть на какой-либо предмет, то контуры предмета будут наблюдаться раздвоенными (рис, 7.1). Обычно при этом используют кристаллы кальцита, или исландского шпата, особенно разновидность их, имеющую форму ромбоэдра, т. е. шестигранника, все грани которого являются ромбами с тупыми углами, равными 102° (рис. 7.1, б). Прямая, проходящая в кристалле через две вершины О и О', в которых грани сходятся под тупыми углами, определяет направление оптической оси кристалла. В данном случае свет, проходящий кристалл по направлению оптической оси, не испытывает двойного лучепреломления. Двойное лучепреломление, как и другие явления, происходящие при взаимодействии света с веществом, является результатом сложения падающей световой волны и вторичных волн, излучаемых атомами и молекулами кристалла. Теория показывает, что в анизотропном кристалле при этом образуются две результирующие световые волны. Рисунок 7.1. Двойное лучепреломление. волны. В одной волне скорость распространения по всем направлениям одинакова и волна имеет сферическую форму, в другой скорость по направлению оптической оси кристалла одинакова со скоростью в первой волне, а по направлению, перпендикулярному оптической оси, - больше (у кристаллов другой природы она может быть и меньше) и волна имеет эллипсоидальную форму. Рисунок 7.2. Построение по Гюйгенсу. Построение по Гюйгенсу для данного случая выполнено на рис. 7.2. Сферическая волна AD называется обыкновенной (о), эллипсоидальная AF - необыкновенной (е). Этим волкам в кристалле соответствуют две системы световых лучей: лучи обыкновенные (о) и лучи необыкновенные (е), распространяющиеся в несколько различных направлениях. Обыкновенные лучи лежат в плоскости падения, а необыкновенные — в плоскости, проходящей через падающий луч и оптическую ось кристалла, проведенную в точке падения луча (эта плоскость для данного луча называется главной плоскостью кристалла). Показатели преломления для этих лучей также отличаются. Рисунок 7.3. Положение кристалла Для упрощения на рис. 7.3 изображено положение кристалла К, при котором оптическая ось MN его лежит в плоскости падения луча, т. е. совпадает с плоскостью рисунка. В этом случае главная плоскость также совпадает с плоскостью падения и, следовательно, необыкновенный луч лежит также в плоскости рисунка. Положение необыкновенного луча в главной плоскости кристалла можно показать на следующем опыте. Пусть луч света AM падает перпендикулярно на грань кристалла (рис. 7.1, б). При этом обыкновенный луч MR проходит кристалл, не изменяя направления. Необыкновенный луч MQ преломляется так, что лежит в главной плоскости (плоскость ОВО'С) кристалла. Если направить лучи на экран и вращать кристалл вокруг оси, совпадающей с направлением падающего луча, то светлое пятнышко от необыкновенного луча будет двигаться вокруг неподвижного пятнышка от обыкновенного луча, как центра. Рисунок 7.4. Падения светового луча на верхнюю грань вдоль оси призмы. Как обыкновенный, так и необыкновенный лучи полностью поляризованы. Колебания светового вектора необыкновенных лучей происходят в главной плоскости, а обыкновенных - в плоскости, ей перпендикулярной. Двойное лучепреломление используется для получения поляризованного света. В прецизионных приборах при этом применяется поляризационная призма Николя. Из кальцита выкалывают призму, распиливают ее определенным образом и склеивают канадским бальзамом. При падении светового луча на верхнюю грань вдоль оси призмы (рис. 7.4) необыкновенный луч ОЕ падает на плоскость склейки под меньшим углом, чем предельный угол полного отражения для канадского бальзама, и проходит, почти не изменяя направления; обыкновенный луч OF падает под большим углом, отражается от плоскости склейки и поглощается зачерненной гранью ВС призмы. Призма Николя дает полностью поляризованный свет, плоскость колебаний которого лежит в главной плоскости призмы (плоскость ABCD). Существуют кристаллы, например турмалин, которые обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентировки плоскости колебаний светового вектора волны относительно главной плоскости кристалла. При двойном лучепреломлении в таком кристалле обыкновенные лучи почти полностью поглощаются, а необыкновенные проходят насквозь и образуют поляризованный свет, колебания которого лежат в главной плоскости кристалла. Для получения поляризованного света используют также поляроиды (поляризационные светофильтры). Последние представляют собой прозрачную пленку, которая содержит кристаллы поляризующего свет дихроичного вещества, например герапатита (сернокислый иодхинин). В процессе изготовления пленки кристаллы ориентируются так, чтобы их оптические оси были параллельны. В результате они дают поляризованный свет с колебаниями в одной определенной плоскости. Литература: 2 осн. [406-409]. Контрольные вопросы. 1. Двойное лучепреломление. 2. Что такой поляроид? 3. Что такое полностью поляризованные лучи? 4. Для чего применяется призма Николя? 5. Положение луча в кристалле. жүктеу/скачать 1,12 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|