În 1669 savantul danez Erasmus Bartholin a descoperit că, dacă te uiți la un obiect printr-un cristal Islanda Spar, în conformitate cu anumite dispoziții ale cristalului și obiectul văzut doar două imagini ale obiectului. Acest fenomen a fost numit fenomenul birefringenței.
Explicația naturii acestui fenomen a fost dată în 1690 de Christian Huygens în lucrarea sa "Treatise on Light".
În interpretarea modernă, explicația naturii fenomenului este după cum urmează.
Lumina care intră în materialul birefringent este împărțită în două planuri polarizate în planuri reciproc perpendiculare.
În general, aceste raze se propagă diferit în diferite direcții.
Cu toate acestea, în orice substanță birefringentă, există una sau două direcții de-a lungul cărora ambele raze se propagă la aceeași viteză.
Aceste direcții sunt numite de obicei axe optice.
În funcție de numărul de axe, substanțele birefringente sunt împărțite în uniaxiale și biaxiale. Vom lua în considerare numai substanțele biafringente uniaxiale.
Foarte important, direcțiile de vibrație ale razelor polarizate vectori E care apar în interiorul materialului birefriengent este întotdeauna orientat într-un anumit fel. În una dintre ele, oscilațiile vectorului E sunt perpendiculare pe planul în care se află raza incidentă și axa optică (acest plan este denumit, de obicei, secțiunea principală). Al doilea - paralel cu secțiunea principală.
Vitezele de propagare ale acestor raze depind de unghiul dintre vectorul E și axa optică.
Într-o rază cu vectorul E. perpendicular pe secțiunea principală, unghiul dintre E și axa optică nu depinde de unghiul de incidență al razei. Pentru orice unghiuri de incidență, vectorul E este perpendicular pe axa optică.
Aceasta înseamnă că, la orice unghi de incidență, are aceeași viteză.
Deoarece viteza luminii într-un mediu este legat de indicele de refracție al substanței, până în prezent indicele de refracție al materialului birefringent pentru acest fascicul este, de asemenea, independent de unghiul de incidență. Cu alte cuvinte, această rază se comportă ca într-un mediu izotropic obișnuit.
Prin urmare, este obișnuit să o numim obișnuită. Mai mult, vectorul E al razei obișnuite va fi notat cu Eo.
A doua rază se numește extraordinară. deoarece (se va face referire în continuare vectorul său de raze extraordinare E) și axa optică depinde de unghiul de incidență (vezi. figura) pentru el unghiul dintre vectorul de direcție oscilațiilor sale. În consecință, pentru diferite unghiuri de incidență, se propagă cu viteze diferite și are un indice de refracție diferit, care, în general, este neobișnuit.
Lăsați o lumină plane polarizată să cadă pe o placă paralelă plană a unui birefringent.
Vom presupune că raza de lumină este perpendiculară pe suprafața plăcii, iar planul oscilației vectorului E formează un unghi a = 45 ° cu axa optică.
În acest caz, planul secțiunii principale este perpendicular pe suprafața plăcii.
În interiorul fasciculul incident placă este împărțit în două grinzi plan polarizate, dintre care unul este polarizată perpendicular pe axa optică (raza ordinară), iar al doilea - paralel (rază extraordinară).
Firește, la intrarea pe placă, aceste raze vor fi în fază.
În interiorul plăcii, indicii de refracție pentru aceste raze au valori diferite (nu și ne).
Prin urmare, dacă razele obișnuite și extraordinare trec la aceeași distanță în interiorul plăcii (de exemplu, d este grosimea plăcii), atunci ele nu vor mai fi în fază. Ei vor avea o diferență de fază Dj egală cu ko (nu d - ne d). Aici ko este numărul de val pentru vid.
Dacă diferența de fază dintre razele care ies din placă este un multiplu de 2p, orientarea planului oscilațiilor vectorului E nu se modifică. Lumina din spatele plăcii va fi polarizată în același mod ca înainte.
Dacă diferența de fază este un multiplu al unui număr impar p, planul E vector pentru placa de oscilație este rotită cu 90 °, dar lumina va continua să fie polarizate.
Dacă diferența de fază se dovedește a fi egală cu p / 2, atunci lumina din spatele plăcii va deveni polarizată circular. Plăcile de această grosime sunt numite plăci cu un sfert de undă.
Transmisia luminii circulară polarizată prin placa de un al doilea trimestru duce la adăugarea unei diferențe suplimentare de fază în p / 2. Acest lucru va determina conversia luminii polarizate circular în, al cărui plan de polarizare este rotită cu 90 ° față de incidentul de lumină pe primul disc * plan polarizate.
Suprafețele de unde ale razelor obișnuite și extraordinare au o formă diferită.
Pentru o rază obișnuită, aceasta, firește, este o sferă - o rază obișnuită se răspândește în toate direcțiile cu aceeași viteză.
În cazul extraordinarului, suprafața undei este un elipsoid - viteza sa pentru diferite direcții este diferită.
Deoarece de-a lungul axei optice și undele luminoase ordinare și extraordinare de călătorie cu aceeași viteză, la punctele de intersecție cu axa optică a suprafețelor de undă în contact.
Să considerăm un incident natural al luminii pe suprafața unei plăci birefringente de cristal.
Lăsați axa optică a plăcii să fie paralelă cu suprafața plăcii.
O rază de lumină naturală care se încadrează în punctul A. excită două valuri secundare de lumină - obișnuite și extraordinare.
Fronturile lor au forma prezentată în figură.
Grinzile undelor secundare excitate între punctele A și B perpendicular pe suprafețele de undă ale undelor ordinare și extraordinare, care pot fi construite prin trasarea unei tangente la punctul B la fiecare suprafață val formate de razele ordinare și extraordinare care au trecut prin punctul A.
Din construcția prezentată în figură, se poate observa că undele obișnuite și extraordinare se propagă în interiorul cristalului în direcții diferite. Pe această proprietate se bazează o serie de metode de obținere a dispozitivelor de polarizare - tăierea uneia dintre raze (obișnuite sau extraordinare), se poate obține o lumină polarizată plană.
În concluzie, observăm că substanțele asemănătoare cristalului, cum ar fi cuarțul, insulele din Islanda, sunt birefringente.
În plus, substanțele birefringente pot fi substanțe cu molecule asimetrice orientate ordonate de-a lungul unei direcții. Acestea pot fi lichide și corpuri amorfe, în care orientarea moleculelor provine din influențe externe (stres mecanic, câmp electric sau magnetic extern).
Trimiteți-le prietenilor: