В физике существует такое явление, как двойное лучепреломление. Оно характеризуется расщеплением луча света на составляющие.
Рисунок 1. Двойное лучепреломление. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Благодаря проведению множества различных опытов, ученым удалось выявить основные характеристики и свойства, которыми характеризуется данное явление.
Понятие и суть двойного лучепреломления
Двойное лучепреломление является эффектом расщепления светового луча в анизотропных средах на две составляющие. При перпендикулярном к поверхности кристалла падении, происходит расщепление луча надвое. При этом мы наблюдаем следующие явления:
- первый луч демонстрирует продолжение своего прямого распространения (при этом он называется обыкновенным);
- что касается второго луча, он уже будет отклоняться в сторону (необыкновенный).
Оптическая ось кристалла считается направлением в оптически анизотропном кристалле, по которому световой луч распространяется, не подвергаясь при этом двойному лучепреломлению.
Нарушение закона преломления света за счет действий необыкновенного луча спровоцировано тем фактом, что скорость, с которой распространяется свет и показатель преломления волн с поляризацией, аналогичной необыкновенному лучу, будет зависимой от направления. При этом для обыкновенной волны скорость распространения оказывается одинаковой во всех направлениях.
Можно подобрать оптимальные условия распространения обыкновенного и необыкновенного лучей по одной траектории, но при этом их скорости окажутся разными. В этом случае мы наблюдаем эффект изменения поляризации.
Основываясь на принцип классической теории света, можно объяснить возникновение эффекта тем фактом, что переменное электромагнитное световое поле провоцирует колебания электронов вещества, и подобные колебания оказывают непосредственное воздействие на распространение в среде света.
Помимо кристаллов двойное лучепреломление можно наблюдать в изотропных средах, которые помещены:
- в электрическое поле (речь идет об эффекте Керра);
- в магнитное поле (эффекты Коттона — Мутона и Фарадея).
Таким образом, под воздействием вышеуказанных факторов, изначально изотропная среда начинает менять свои свойства и превращается в анизотропную. В подобных случаях оптическая ось среды будет совпадать с направлениями электрического и магнитного полей и приложения силы.
Явление двойного лучепреломления в природе
Благодаря открытию в 1669 г. датского физика Э. Бартолина, удалось обнаружить тот факт, что при разглядывании какого-либо предмета через кристалл исландского шпата (при определенном расположении кристалла) будут хорошо просматриваться одновременно два изображения предмета. Такому явлению дали название двойного лучепреломления.
Объяснение природы такого явления смог дать в 1690 г. Х.Гюйгенс в «Трактате о свете». В более современной вариации объяснение звучит так: попадающий в двулучепреломляющее вещество свет начинает делиться на два луча, которые при этом плоскополяризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
В то же время, в рамках любого двулучепреломляющего вещества будут одно или два направления, оба луча вдоль которых распространяются с равными скоростями. Такие направления в физике называются оптическими осями. Вещества (в зависимости от числа осей) ученые делят на: одноосные и двуосные.
Поскольку скорость света в веществе непосредственно взаимосвязана с показателем преломления такого вещества, то показатель преломления для данного луча также не будет зависимым от угла падения. Иными словами, поведение такого луча будет аналогичным его действиям в обычной изотропной среде, что делает его обыкновенным.
Рисунок 2. Явление двойного лучепреломления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Второй луч уже будет называться необыкновенным, так как для него угол между направлением векторного колебания необыкновенного луча и оптической осью будет зависим от угла падения. Таким образом, в условиях разных углов падения, его распространение будет разноскоростным, а показатель преломления – различным.
Распространение волн при двойном лучепреломлении
Разделение падающего луча внутри пластинки на обыкновенный и необыкновенный делает один из них поляризованным перпендикулярно оптической оси, а другой - параллельно ей. При этом на входе в пластину такие лучи являются синфазными.
Волновые поверхности таких лучей (обыкновенного и необыкновенного) будут обладать разной формой. Так, для обыкновенного – это сфера, где он всесторонне распространяется с одинаковой скоростью. У необыкновенного волновой поверхностью выступает эллипсоид (скорость луча по разным направлениям оказывается различной).
В связи с тем, что вдоль оптической оси световые волны будут распространяться с равной скоростью, и волновые поверхности в точках пересечения с оптической осью будут соприкасаться.
К двулучепреломляющим относятся такие кристаллические вещества, как кварц и исландский шпат. Более того, двулучепреломляющими могут считаться вещества с несимметричными молекулами, которые при этом ориентированы упорядочено вдоль определенного направления. Так, к ним могут относиться жидкости и аморфные тела, внутри которых молекулярная ориентация появляется в условиях внешнего воздействия (при механическом напряжении, под влиянием внешнего магнитного или электрического поля).
Двойное лучепреломления в кристаллах широко применяется:
- в процессе создания оптических приборов;
- двойное лучепреломление в жидкостях в электрополе успешно используют с целью передачи изображений на расстояние;
- при появлении в стекле при закалке такое явление выступает эффективным признаком для выявления опасных натяжений в стеклянной посуде, электролампочках и т. д. (на базе поляризационных приборов);
- для изучения на прозрачных моделях из стекла или целлулоида натяжений, образующихся при разнообразных деформациях, например, в машинах, получаемые от подобных деформируемых моделей цветные картины (благодаря поляризационным приборам) позволяют быстро и качественно изучить натяжения и освободить от сложных расчетов.
