ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ

Назовем плоскость, проходящую через данный луч и оптическую ось кристалла, главной плоскостью. При распространении света в кристаллах различают:

1) обыкновенные лучи, у которых вектор ориентирован перпендикулярно главной плоскости (следовательно, перпендикулярен и оптической оси);

Рис. IV.30

2) необыкновенные лучи, у которых вектор лежит в главной плоскости (следовательно, образует с оптической осью некоторые углы).

Обыкновенные лучи распространяются по всем направлениям в кристалле с одной и той же скоростью, которую обозначим Необыкновенные лучи распространяются в кристалле с различными скоростями в зависимости от угла между вектором и оптической осью; эту скорость обозначим Очевидно, вдоль оптической оси все лучи являются обыкновенными и в этом направлении существует только одна скорость распространения света.

Допустим, что в некоторый момент времени внутри анизотропной среды точечный источник света начинает испускать световую волну (рис. IV.30).

В каждом из направлений распространения волны разложим вектор на две составляющие: перпендикулярную плоскости, в которой лежат направление луча и оптическая ось, и Е — лежащую в этой плоскости, Так как обыкновенная и необыкновенная составляющие

вектора распространяются в данной среде с различными скоростями, то испускаемая источником волна разделится на две волны. Обыкновенная волна по всем направлениям распространяется с одной и той же скоростью и ее фронт волны (или волновая поверхность) имеет форму сферы. Необыкновенная волна распространяется вдоль оптической оси с такой же скоростью, что и обыкновенная, но в других направлениях скорость ее будет зависеть от угла между Ее и оптической осью. Фронт необыкновенной волны имеет форму эллипсоида (у одноосных кристаллов — эллипсоида вращения); наибольшее расхождение волновых поверхностей обыкновенной и необыкновенной волн будет в направлении, перпендикулярном оптической оси среды. Если все меньше эллипсоид необыкновенной волны лежит внутри сферы обыкновенной волны, то среду (кристалл) называют положительной; если же то среда называется отрицательной (рис. IV.30, а, б).

Рис. IV.31

Рассмотрим преломление плоской волны на границе анизотропной среды, например положительной. Для простоты предположим, что направление оптической оси параллельно этой границе (рис. IV.31). Применяя принцип Гюйгенса, проведем огибающие элементарных сферических фронтов обыкновенной волны и элементарных эллипсоидальных фронтов необыкновенной волны Таким образом, при преломлении плоской волны на границе анизотропной среды появляются две плоские же волны, распространяющиеся в различных направлениях и с различными скоростями. Можно сказать, что каждый падающий луч распадается на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Обыкновенный луч распространяется в направлении причем вектор этого луча колеблется в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (которая является главной плоскостью). Необыкновенный луч распространяется в направлении причем не перпендикулярно (С — точка касания огибающей плоскости и фронта эллипсоидальной волны, вышедшей из ); вектор необыкновенного луча лежит в плоскости чертежа и, следовательно, составляет с оптической осью угол, отличный от прямого. Заметим, что в наших рассуждениях предполагается наличие в падающей

волне колебаний вектора как в плоскости падения, так и в перпендикулярной плоскости. Если, например, падающая волна является плоскополяризованной и имеет вектор колеблющийся только в плоскости падения (либо только перпендикулярно ей), то при преломлении появится только одна волна — необыкновенная (или во втором случае — обыкновенная). Обе эти волны наблюдаются только в том случае, если падающий свет либо естественный, либо же имеет вектор колеблющийся под углом к плоскости падения, отличным от нуля или 90°.

При помощи аналогичных построений можно определить ход лучей и фронты преломленных волн на границе отрицательных кристаллов, а также при других ориентациях оптической оси относительно этой границы и при различных углах падения.

Рис. IV.32

В качестве примера на рис. IV.32 показано появление обыкновенной и необыкновенной волн при перпендикулярном падении света на границу отрицательной среды; из этого примера видно, что для необыкновенной волны обычные законы преломления не соблюдаются. Действительно, по первому закону преломления, поэтому при должно быть . Это имеет место для обыкновенного луча и не соблюдается для необыкновенного луча. Кроме того, если оптическая ось не лежит в плоскости падения, то необыкновенный луч также выйдет из плоскости падения, следовательно, для него не соблюдается и второй закон преломления (луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр в точке падения должны были бы лежать в одной плоскости). Заметим еще одну особенность распространения света в анизотропных средах: направление распространения необыкновенной волны не перпендикулярно ее фронту.