Получение поляризованного света при двойном лучепреломлении

Оптическая анизотропия в кристаллах кварца, исландского шпата, герапатита, турмалина и др. проявляется в двойном лучепреломлении. Двойное лучепреломление заключается в раздвоении световых лучей при прохождении через анизотропную среду(например, кристалл). При наблюдении через кристалл каких-либо предметов их изображения кажутся двойными. Причинами такого раздвоения является зависимость показателя преломления анизотропной среды от направления вектора Е световой волны.

На рис. 2 показано прохождение света через одноосный кристалл исландского шпата. Кристаллографической осью кристалла (прямая ОО₁) называется направление, относительно которого атомы или ионы кристаллической решетки расположены симметрично, при прохождении вдоль него луч не раздваивается. Плоскость, проходящая через оптическую ось и луч, называется главным сечением кристалла, илиглавной плоскостью.

Рис. 2

Естественный луч АВ, падая на кристалл исландского шпата в любом направлении, кроме оптической оси, разделяется в нем на два луча – ВС и ВD. Луч ВС называется обыкновенным - «о» лучом, т. к. он подчиняется законам преломления и скорость его в кристалле не зависит от направления. Луч ВD называется необыкновенным – «е» лучом, т. к. он не подчиняется законам преломления и его показатель преломления зависит от направления распространения луча. Оба вышедших из кристалла луча «о» и «е» поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях: луч обыкновенный – в плоскости, перпендикулярной главной плоскости кристалла (на рис. 2 направление колебаний вектора Е показано точками на луче), луч необыкновенный – в главной плоскости кристалла (направление колебаний Е показано двойными стрелками на луче). Свойства обоих лучей после выхода из кристалла одинаковы, за исключением поляризации во взаимно перпендикулярных плоскостях. Чтобы использовать такие поляризованные лучи для технических целей, их надо отделить друг от друга. Это можно осуществить в призме Николя.

Призма Николя (сокращенно николь) состоит из двух прямоугольных призм исландского шпата (рис. 3), склеенных канадским бальзамом. Обыкновенный «о»

Рис. 3

луч, дойдя до слоя канадского бальзама, испытывает полное внутреннее отражение,

т. к. показатель преломления исландского шпата для обыкновенного луча больше показателя преломления канадского бальзама. В результате обыкновенный луч

отводится в сторону и поглощается в оправе николя. Необыкновенный «е» луч, не испытывая полного внутреннего отражения, проходит слой канадского бальзама.

Таким образом, при помощи николя можно получить линейно поляризованный свет при падении на него естественного света или определить направление колебаний вектора Ев падающем на него поляризованном свете. В первом случае николь выполняет роль поляризатора Р, во втором – анализатора А. Система двух последовательно расположенных николей не пропускает свет, если они скрещены, т. е. если их главные сечения взаимно перпендикулярны. Если главные сечения параллельны, то интенсивность света, прошедшего анализатор, будет максимальной.

Рассмотрим один из методов практического получения циркулярно поляризованного света.
Из изложенного следует, что для получения циркулярно поляризованного света необходимо:
Получить две взаимно перпендикулярные с одинаковыми амплитудами А₁ иА₂ монохроматические световые волны равной частоты, распространяющиеся в одном направлении.
Создать между этими волнами разность фаз .
Для получения двух взаимно перпендикулярных линейно поляризованных волн, распространяющихся в одном направлении, необходимо пропустить монохроматический линейно поляризованный свет с длиной волны λ через плоскопараллельную пластинку K толщиной d. Пластинку вырезают из анизотропного кристалла таким образом, чтобы плоскость, на которую падает свет, была параллельна оптической оси М – Н кристалла (рис. 8). В этом случае говорят, что пластинка вырезана параллельно оптической оси. Линейно поляризованная световая волна, попадая в тонкую пластинку, создает две волны – обыкновенную и необыкновенную. Будучи линейно- поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях, эти волны, распространяясь в пластинке с различными скоростями, приобретают на выходе из нее разность фаз δ  ,равную
,
где n₀ и n_e – показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, соответственно.
Оптическая разность хода при этом равна
 = d(n₀–n_e).Для получения разности фаз между обыкновенной и необыкновенной волной, равной (2m + 1)λ/2, необходимо, чтобы пластинка имела определенную толщину d.
Толщина пластинки d определяется как
d(n₀–n_e) = (2m+ 1)λ/2.При m = 0 толщина пластинки, создающая необходимую разность фаз, будет минимальная и равна
d(n₀–n_e) =λ/4.Кристаллическую пластинку, которая создает оптическую разность хода между обыкновенной и необыкновенной волной равной λ/4,называют«пластинка λ/4». Для получения одинаковых амплитуд у обыкновенной и необыкновенной волн, распространяющихся в кристаллической пластинке, необходимо, чтобы плоскость поляризации падающего света составляла с оптической осью М – Н пластинки уголφ,равный45 (см. рис. 8).