Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Побудова Гюйгенса в кристалах з однією віссю

Додатній
У «Трактаті про світло», написаному в 1690 р., Х.Гюйгенс вперше|уперше| дав пояснення подвійному променевому заломленні| в кристалах з однією віссю|одновісних|. При цьому Гюйгенс виходив із припущення|, що звичайному променю відповідає виникнення в кристалі променевої поверхні у вигляді сфери, а незвичайному| – у вигляді еліпсоїда обертання. Існують два типи кристалів з однією віссю – додатні та від’ємні. В кристалах СаСо3, наприклад, , тобто – це від’ємні кристали (рис.4.10а), коли ж , тобто – це додатні кристали (рис.4.10б). Таким чином, за Гюйгенсом властиві поверхні для звичаного та незвичайного променів, від’ємного та додатнього кристалів мають вигляд (рис. 4.10 а,б).

Від’ємний

Рис.4.10

Далі, спираючись|обпиратися| на вже відомий нам принцип, Гюйгенс знайшов шляхи|колії| проходження звичайного| і незвичайного променів в одноосьовому|одновісному| кристалі.

За принципом Гюйгенса, кожна точка|точка|, до якої доходить світлове збудження, є|з'являється| центром виникаючих вторинних|повторних| хвиль. Поверхні, що огинають ці вторинні|повторних| хвилі, визначають фронт відповідних| хвиль.

Під час переходу світла через границю поділу двох ізотропних середовищ|середи| спостерігається заломлення світла, закономірності якого витікають із|із| принципу Гюйгенса. Із|із| способом побудови|шикування| заломленого| проміня ми вже знайомі. Аналогічна побудова|шикування| має місце під час переходу світла з|із| ізотропного середовища|середи| в анізотропне. В цьому випадку при відомому знаку кристала і напрямі|направленні| оптичної| осі будують променеві поверхні звичайного і незвичайного | променів.



Слід зазначити, що принцип Гюйгенса дає можливість визначити напрям нормалей (положення хвилевого фронту), а не променів (положення променевої поверхні), що є напрямом поширення світлової енергії. Проте, не дивлячись на те, що на досліді ми спостерігаємо безпосередньо за поведінкою променя, а не за нормаллю до хвилі, виконавши побудову (просту і наочну) Гюйгенса для нормалей, що у ряді випадків надзвичайно полегшує правильне рішення задачі. Крім того, треба врахувати, що кут між променем та нормаллю невеликий.

При поширенні|поширенні| в одноосьовому|одновісному| кристалі плоского фронту хвилі можна замість променів провести сімейство нормалей. Нормалі, хоча і не збігаються з|із| напрямом|направленням| перенесення|переносу| енергії, також характеризують поширення|поширення| світла в кристалі.

Використаємо уявлення про сферичну й еліпсоїдальну променеві поверхні для побудови|шикування| звичайних і незвичайних | променів у|одновісних| кристалах з однією віссю для деяких частинних випадків|.

Випадок 1. Оптична вісь позитивного кристала лежить у площині падіння під косим кутом до заломлюючої грані кристала (Рис.4.11). Паралельний пучок світла падає під кутом до поверхні кристала. Очевидно, що за час, протягом якого правий край В фронту хвилі АВ досягає точки D на поверхні кристала, навколо кожної з точок на поверхні кристала між А і D виникають дві променеві поверхні — сферична і еліпсоїдальна. Ці дві поверхні стикаються одна з одною уздовж оптичної вісі. Через позитивність кристала еліпсоїд буде вписаний у сферу, тобто всі точки еліпсоїда будуть розташовані всередині сферичної поверхні.

Рис.4.11 Рис.4.12

 

Для знаходження фронтів звичайної і незвичайної хвиль проводимо (за принципом Гюйгенса) дотичні DF і DЕ відповідно до сфер і еліпсоїдів. Лінії, що сполучають точку А (а також точки С і ін.) з точками дотику сферичної і еліпсоїдальної поверхонь із площиною DF і DE, дають нам відповідно звичайний і незвичайний промені. Оскільки головний переріз кристала в даному випадку збігається з площиною рисунка, то електричні вектори незвичайного і звичайного променів коливаються в цій площині (стрілки на рис. 4.11) і перпендикулярно (точки) відповідно. Як видно з рисунка, незвичайні промені не перпендикулярні хвилевому фронту. В даному випадку (при заломленні).

Випадок 2. Оптична вісь ОО' розташована під кутом до заломлюючої грані. Направимо паралельний пучок світла перпендикулярно поверхні позитивного кристала (рис. 4.12).

Внаслідок паралельності плоского фронту падаючої хвилі до поверхні кристала навколо всіх точок (від А до D) виникнуть сферичні хвильові поверхні однакового радіусу й еліпсоїдальні хвильові поверхні. В результаті цього хвильовий фронт звичайної хвилі усередині кристала буде паралельний падаючому, звичайні промені AO, CO, DO та інші розповсюджуватимуться, не заломлюючись. Як випливає з Рис.4.12, незвичайні промені відхиляються вліво від звичайних при своєму заломленні.

Випадок 3. Оптична вісь ОО' позитивного кристала паралельна заломлюючій грані і площині падіння. Промінь світла падає нормально до поверхні кристала (рис. 4.13). У цьому випадку звичайний і незвичайний промені поширюються, не заломившись, у напрямі падіння, але з різними швидкостями ( ). Для негативного кристала вийде той же результат з тією лише різницею, що . Якби в даному випадку промінь падав під деяким кутом, відмінним від нуля, то звичайний і незвичайний промені, заломившись, відокремились| би один від одного. Тоді для позитивних кристалів кут|ріг| заломлення звичайного променя буде менше кута|рогу| заломлення незвичайного, а для негативних|заперечних| кристалів — навпаки.

 
 

Рис. 4.13 Рис. 4.14

Випадок 4. Промінь світла падає нормально до поверхні кристала, оптична вісь (на рис. 4.14 показана крапкою на променях) паралельна заломлюючій грані й перпендикулярна площин падіння. Оскільки еліпсоїд і сфера повинні стикатися уздовж оптичної вісі, то їх переріз площиною рисунка є концентричними колами різних радіусів. І в цьому випадку обидва промені поширюються в напрямі падаючого променя з різними швидкостями. Електричний вектор звичайного променя (зображений стрілкою) розташований в площині креслення, а електричний вектор незвичайного променя направлений перпендикулярно площині креслення (зображений крапкою).

Можна було б розглянути|розглядувати| й інші випадки побудови|шикування| звичайних| і незвичайних променів в кристалах з однією віссю. Наведені побудови|шикування| дозволяють переконатися в універсальності ме­тода| Гюйгенса.

 

Поляризаційні прилади.Для перетворення природного світла на лінійно-поляризоване використовують поляризаційні прилади.

Ми вже знайомі з|із| деякими методами отримання|здобуття| плоскополяризованого світла. При відбиванні падаючого під кутом Брюстера світла від межі|кордон| поділу двох діелектриків відбувається повна|цілковитий| лінійна поляризація. Утворюючи стопу з|із| багатьох пластин, можна отримати|одержати| практично повну|цілковитий| лінійну поляризацію і при заломленні. Проте|однак| сильне ослаблення|ослабіння| інтенсивності поляризованого світла робить|чинити| ці методи невигідними.

Як відомо, звичайний і незвичайний промені є|з'являтися,являтися| лінійно-поляризованими. Якщо їх роз'єднати на достатню відстань один від одного, то можна отримати|одержати| два лінійно-поляризованих промені. З цією метою підбирають|добирати| кристали з|із| показниками заломлення і , що сильно відрізняються по величині. Кращим у цьому відношенні є|з'являтися,являтися| кристал ісландського шпату, для якого і (при Å). Проте|однак| і цей кристал не дає достатньої розбіжності|розходження| променів. У зв'язку з цим у поляризаційних приладах користуються комбінацією призм і|із| кристалів. Такі прилади поділяють на два класи:

а) пристрої|устрій|, що дають тільки|лише| один лінійно-поляризований промінь (поляризаційні прилади);

б) пристрої|устрій|, що дають два поляризованих у взаємно перпендикулярних площинах|плоскість| промені (двозаломлюючі призми).

Призма Ніколя

Шотландський фізик Уїльям Ніколь у 1828 р. вперше|уперше| запропонував поляризаційний прилад, в основі будови |устрій| якого лежить явище подвійного промене-заломлення.

Призма Ніколя (рис.4.15) складається з двох частин|частка|, склеєних вздовж|вздовж| АВ канадським бальзамом, показник заломлення якого лежить між і . Оптична вісь призми складає кут|ріг,куток| 48° з|із| вхідною гранню. Оскільки|тому що| , то при відповідному|придатний| підборі кута|ріг,куток| падіння (рівному або більшому граничного кута|ріг,куток| ) можна здійснити повне|цілковитий| внутрішнє відбивання звичайного променя. Нанесенням чорного лаку на бічну|боковий| поверхню добиваються поглинання звичайного променя. Щоб уникнути нагрівання призми, звичайний промінь виводиться з|із| неї за допомогою приклеєної призмочки (вона на рисунку показана пунктирними лініями). Незвичайний промінь виходить із|із| кристала паралельно грані АС трохизміщеним щодо|відносно| падаючого на кристал променя. Максимальний кут|ріг,куток| розбіжності|розходження| падаючих променів (апертурний кут|ріг,куток|), при якому спостерігається поляризація, для призми Ніколя рівний .

Призму Ніколя називають ніколем. Ніколь не застосовується в ультрафіолетовій області через поглинання ультрафіолетових променів канадським бальзамом.

Призма Глана-Фуко.Вона складається з двох прямокутних призм (рис.4.16), які виготовлені з|із| кристала ісландського шпату, оптичні осі їх перпендикулярні площині|плоскість| рисунка. Призми роз'єднані тонким повітряним прошарком. Звичайний промінь зазнає повне|цілковитий| внутрішнє відбивання|відображення,відбиття|, а незвичайний проходить через обидві призми. Через дворазове проходження незвичайного променя через межу|кордон| поділу повітря – ісландський шпат, його інтенсивність помітно ослаблюється. З метою зменшення цього ефекту в 1948 р. А.Тейлор запропонував інший варіант призми (рис. 4.17). Оптичні вісі призми в новій системі паралельні граням АВ і завдяки чому максимальна інтенсивність пройшовшого поляризованого променя досягає 90% падаючого.

 
 

 


 

Апертурний кут|ріг,куток| таких призм складає . Існує багато різновидів поляризаційних призм, що складаються з двох склеєних одна з|із| одною трикутних призм. Склеювання призм залежно від спектральної області застосування|вживання| проводиться|виробляється,справляється| гліцерином (у близькій ультрафіолетовій області), канадським бальзамом (у видимій області), деякими маслами|мастило,олія| та ін.

 
 


 

 

Рис.4

 

 

Призма Волластона.Призма складається (рис. 4.18) з двох призм з|із| ісландського шпату з|із| взаємно перпендикулярними оптичними осями. Склеювання виконується|виробляється,справляється| по гіпотенузах. У першій призмі АВС звичайний і незвичайний промені поширюються|поширюватися| у напрямі|направлення| падаючого променя. Через взаємну перпендикулярність оптичних осей призм АВС і АСD проміньзвичайний в першій призмі стане незвичайним у другій, і навпаки. Завдяки цьому відносні показники заломлення для звичайного і незвичайного променів у першій призмі на межі|кордон| поділу призм будуть і . Оскільки|тому що|для ісландського шпату , то лінійно-поляризовані промені при виході з|із| призми Волластона, заломлюючись, ідуть у різні боки від напряму|направлення| падіння і розташовуються симетрично щодо|відносно| цього напрямку|направлення|.

Призма Рошона. Основна відмінність|відзнака| призми Рошона від призми Волластона полягає в тому, що оптична вісь першої призми паралельна падаючому променю. Не зважаючи на|незважаючи на| те, що в призмі Рошона кут|ріг,куток| розбіжності|розходження| між звичайним і незвичайним променями менший, ніж у призмі Волластона, проходження одного з променів (звичайного) у початковому напрямі|направлення| падіння іноді|інколи| є|з'являтися,являтися| необхідним (рис. 4.19).

Призма, виготовлена з|із| ісландського шпату і|із| скла. Через близькість показників заломлення скла і незвичайного променя, для якого , останній проходить через призму практично без зміни свого первинного напрямку|направлення|. На відміну від нього звичайний промінь сильно відхиляється (рис.4.20).

Турмалін.Пластинка|платівка| турмаліну також є|з'являтися,являтися| поляризаційним приладом, оскільки|тому що| в ній відбувається|походити| подвійне променезаломлення. Проте|однак| через сильне селективне поглинання одного з променів (звичайного) при певному підборі товщини (1 мм і більше) через пластинку|платівка| проходить|минати,спливати| тільки|лише| незвичайний промінь. Достатньо великий апертурний кут|ріг,куток| створює певні переваги при використанні турмаліну. У 1916 р. Ж.Біо і Т.Зеєбек встановили, що пластинка|платівка| турмаліну селективно поглинає різні кольори|цвіт|, окрім|крім| жовто-зеленого, тому і сама має цей же колір|цвіт|. Отже, пластинка|платівка| турмаліну може бути використана також як світлофільтр у жовто-зеленій області спектру.

Поляроїди.Як поляризатори використовуються також поляроїди. Поляроїд є плівкою, на яку наносяться|завдаються| кристали герапатита, що мають сильне селективне поглинання. Встановлено|установлено|, що така плівка завтовшки близько 0,1 мм селективно поглинає один із променів. У результаті ми маємо справу|річ| фактично з|із| поляризатором. Поляроїди виходять дешевше, мають апертурний кут|ріг,куток|, близький до , легко виготовляються і можуть мати великі розміри. Одним із недоліків|нестача| поляроїдів порівняно з призмами з|із| ісландського шпату є|з'являтися,являтися| їх недостатня прозорість і селективність поглинання при різних довжинах хвиль.

Поляроїди застосовуються для захисту від засліплюючої дії сонячних променів та інше.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.