Стекло и пластмасса приобретают оптическую активность в деформированном состоянии.Вращение плоскости поляризации максимально в местах с максимальным напряжением.

4. Двойное лучепреломление. Во многих прозрачных средах скорость света одинакова по всем направлениям. Такие среды называются изотропными. Но в некоторых кристаллах и растворах скорость света в различных направлениях неодинакова. Такие кристаллы называются анизотропными. О них говорят ещё как о двоякопреломляющих. В двоякопреломляющих кристаллах, таких, как кальцит, существует выделенное направление, называемое оптической осью кристалла (речь идёт не об отдельной линии, а о направлении в кристалле). Если естественный свет входит в такой кристалл вдоль оптической оси, то ничего аномального при этом не происходит. Но если неполяризованный свет падает на кристалл под углом к оптической оси (рис….), то наблюдается необычное явление – в кристалле возникают два преломлённых луча. На рисунке видно, что исходный луч света падает по нормали к поверхности, но под углом к оптической оси кристалла. Один преломлённый луч, называемый обыкновенным лучом (о), проходит сквозь кристалл обычным образом и выходит с обратной стороны по прямой. Другой луч, называемый необыкновенным лучом (е), преломляется, отклоняясь от прямой на некоторый угол. Закон преломления для обыкновенного луча выполняется, а для необыкновенного не выполняется. Лучи о и е плоскополяризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок, иллюстрирующий двойное лучепреломление в кристалле исландского шпата.

Явление двойного лучепреломления можно объяснить, приняв следующее допущение: скорость света зависит от ориентации вектора поляризации относительно оптической оси кристалла. Обыкновенный луч поляризован перпендикулярно оптической оси, поэтому его скорость одинакова по всем направлениям – поляризация всё равно остаётся перпендикулярной оптической оси кристалла. Для необыкновенного же луча угол между направлением колебаний светового вектора и оптической осью зависит от направления луча, поэтому необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с различными скоростями. Следовательно, показатель преломления n_e необыкновенного луча является переменной величиной, зависящей от направления луча. Представим себе, что внутри кристалла, в точке О имеется точечный источник естественного света. Тогда волновой поверхностью обыкновенных лучей будет сфера, необыкновенных – эллипсоид вращения. Сечением их будут являться - круг и эллипс (рис.).

Рисунок, поясняющий распространение обыкновенного и необыкновенного луча в двулучепреломляющем кристалле (например, турмалине), где ОО’ – оптическая ось.

В некоторых кристаллах один из лучей поглощается сильнее другого. Это явление называется дихроизмом. Сильным дихроизмом в видимых лучах обладает турмалин. В нём обыкновенный луч поглощается практически полностью на длине 1 мм. Таким образом, на выходе из такого кристалла остаётся только один луч, поляризованный в плоскости, т.е. плоскополяризованный. Это явление используется для изготовления поляроидов.

Другим способом, при помощи которого можно получить поляризованный свет из естественного, является применение специальных призм. Одной из самых распространённых призм такого типа является призма Николя. Призма Николя представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль диагонали ABканадским бальзамом с n = 1.55. Оптическая ось ОО’ призмы составляет с входной гранью угол 48°. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру CB, раздваивается на два луча: обыкновенный (n_o = 1.66) и необыкновенный (n_e = 1.51). При соответствующем подборе угла падения, обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение (канадский бальзам является для него средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачернённой боковой поверхностью CB. Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно падающему естественному лучу, незначительно от него смещённым. При соответствующем подборе угла падения, обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение (канадский бальзам является для него средой оптически менее плотной), а затем поглощается зачернённой боковой поверхностью CB. Необыкновенный луч выходит из кристалла параллельно падающему естественному лучу, незначительно от него смещённым.

ТЕМА 5: Дисперсия света.

§ 15. Дисперсия света.

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты n (длины волны l) света. Дисперсию света можно записать в виде соотношения n = f(l). Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Первые экспериментальные наблюдения дисперсии света принадлежат Ньютону.

Рассмотрим дисперсию света в призме. Пусть монохроматический пучок света падает на призму с преломляющим углом А и показателем преломления n под углом a₁ к грани призмы. После двукратного преломления (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается отклонённым от первоначального направления на угол j. Из рисунка следует, что j = (a₁ - b₁) + (a₂ - b₂) = a₁ + a₂ – А. Предположим, что углы А и a₁ малы, тогда углы a₂, b₁ и b₂ будут также малы и вместо синусов этих углов можно воспользоваться их значениями. Тогда будет a₁/b₁ = n, b₂/a₂ = 1/n, а так как b₁ + b₂ = А, то a₂ = b₂n = n(A - b₁) = n(A - a₁/n) = nA - a₁, откуда a₁ + a₂ = nA.

Из данных выражений следует, что j = А(n – 1), т.е. угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы. Кроме того из этого выражения вытекает, что угол отклонения лучей призмой зависит и от величины (n – 1), а показатель преломления n– зависит от длины волны, поэтому лучи разных длин волн после прохождения призмы окажутся отклонёнными на разные углы, т.е. пучок белого света за призмой разлагается в спектр. Таким образом, с помощью призмы, так же как и с помощью дифракционной решётки можно разлагать свет в спектр.

Для характеристики дисперсии различных веществ вводится величина:

, называемая дисперсией вещества, которая показывает, как быстро изменяется показатель преломления от длины волны.

§ 16. Электронная теория дисперсии света.

Из макроскопической электромагнитной теории Максвелла следует, что абсолютный показатель преломления среды равен:

, где e - диэлектрическая проницаемость среды, m - магнитная проницаемость. В видимой области спектра для всех веществ m» 1, поэтому

. Здесь встречается момент, связанный с особенностями развития науки. По Максвеллу, диэлектрическая проницаемость (e) является постоянной величиной (это относительная диэлектрическая проницаемость) и, следовательно, показатель преломления (n), также постоянная величина, однако это не так – есть зависимость показателя преломления от длины волны, например. Кроме того, значения n, полученные из этого выражения, не согласуются с опытными значениями. Данные противоречия преодолела электронная теория Лоренца. В теории Лоренца дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.

Оптика и элементы атомной физики (стр. 9 из 19)