28191

Распространение света в анизотропных средах. Двойное лучепреломление. Построение Гюйгенса для одноосных кристаллов

Доклад

Физика

Даже если первичный пучок перпендикулярен к естественной грани кристалла преломленный пучок разделяется на два рисунок 2 причем один из них представляет продолжение первичного а второй уклоняется так что угол преломления отличен от нуля. При вращении кристалла необыкновенный луч перемещается вокруг обыкновенного по окружности рисунок 2. Для любого кристалла можно найти три таких направления главные направления кристалла в которых при этом . Направления перпендикулярные таким сечениям называют оптическими осями кристалла...

Русский

2013-08-20

81.5 KB

68 чел.

54. Распространение света в анизотропных средах. Двойное лучепреломление. Построение  Гюйгенса  для  одноосных кристаллов

В 1669 году Эразмус Бартолинус изучал прохождение света через  кристаллы исландского шпата ( ), имеющие форму ромбоэдра. Если на такой кристалл падает узкий пучок света, то, преломляясь, он разделяется на два пучка несколько различного направления (рисунок 1).

Если падающий пучок довольно узок, а кристалл достаточно толст, то из него выходят два пучка, вполне разделенных пространственно. Даже если первичный пучок перпендикулярен к естественной грани кристалла, преломленный пучок разделяется на два (рисунок 2), причем один из них представляет продолжение первичного, а второй уклоняется так, что угол преломления отличен от нуля. Это обстоятельство и ряд других отступлений от обычных законов преломления дали повод назвать второй из этих лучей необыкновенным (е), сохраняя за первым название обыкновенного (о). Различие в отклонении обоих лучей – следствие того, что по отношению к ним кристалл имеет различные показатели преломления ( и  соответственно) и скорости волн (; ). Показатель преломления обыкновенного луча для всех направлений в кристалле один и тот же, а показатель преломления необыкновенного луча зависит от направления. При вращении кристалла необыкновенный луч перемещается вокруг обыкновенного по окружности (рисунок 2). Описанное явление назвали дву(луче)преломлением.

Зависимость скорости распространения света (и следовательно – показателя преломления) от направления в кристалле назвали оптической анизотропией. Анизотропия свойств среды – следствие определённой симметрии в её внутреннем строении. Для анизотропного диэлектрика диэлектрическая проницаемость – тензор, и компоненты векторов D и E электромагнитной волны связаны соотношениями:

,

,

,

и векторы D и E не коллинеарны, при этом тензор диэлектрической проницаемости симметричен по перестановке индексов: .

 Для любого кристалла можно найти три таких направления (главные направления кристалла), в которых

, , , при этом .

В выбранных таким образом координатах XYZ выполняется соотношение

,

которое определяет эллипсоид Френеля. Используя уравнение Максвелла , можно записать уравнение эллипсоида в виде:

.

Таким образом, главные оси эллипсоида представляют собой обратные величины по отношению к трем главным показателям преломления , , .

Любой эллипсоид имеет два круговых сечения. Направления, перпендикулярные таким сечениям, называют оптическими осями кристалла, который в общем случае может быть двуосным. Если , эллипсоид Френеля вырождается в эллипсоид вращения, характеризующий одноосный кристалл, единственная оптическая ось которого совпадает с осью х. При этом для отрицательного и положительного кристалла соотношения между скоростями о- и е-волн различны: для отрицательного кристалла в направлениях, отличных от оптической оси (рисунок 3 а), для положительного кристалла (рисунок 3 б). В направлении оптической оси показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волн равны, и скорости распространения волн также одинаковы.

 Вырежем пластинку параллельно оптической оси одноосного отрицательного кристалла (рисунок 4).

 Анализируя построения Гюйгенса для кристаллов, можно сделать следующие заключения:

  1.  в кристалле происходит двулучепреломление. Направление распространения обыкновенной и необыкновенной волн  к кристалле можно определить с использованием построения Гюйгенса. Касательные к волновым поверхностям определяют фронты о- и е- волн, направление распространения фронтов  характеризуют волновые векторы ko  и ke.
  2.  Направление потока энергии обыкновенной и необыкновенной волн не одинаково. При этом необыкновенный луч не перпендикулярен к волновой поверхности.

Но при общей характеристике метода Гюйгенса необходимо учитывать его недостаточность по сравнению с электромагнитной теорией света. Теория Гюйгенса должна быть дополнена не вытекающими из нее положениями о направлении поляризации обыкновенной и необыкновенной волн. В ней не решается вопрос об отношении амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн. Несмотря на простоту и наглядность построения Гюйгенса, правильность этого метода требуется дополнительно исследовать.

В целом в современной физике построение Гюйгенса может рассматриваться как следствие электромагнитной теории света, существенно облегчающее ее применение для решения многих конкретных задач.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23218. Марксистська філософія:сучасне осмислення нових положень 33.5 KB
  Згідно із матеріалістичним розумінням історія розвитку людства класифікується як суспільнофрмаційний процес. Під суспільноекономічною формацією марксизм розуміє історичний етап розвитку людства який визначається взаємодією співвідношення економічного базиса з політичною надбудовою. марксизм визначає джерело розвитку суспільноекономічної формації і цим джерелом є класова боротьба. Маркс дає цілком працездатне визначення комунізму як мети соціального розвитку стверджуючи що комунізм це такий етап розвитку людства таке...
23219. Філософська антропологія як напрямок сучасної філософії 34 KB
  €œФілософська антропологія€ як напрямок сучасної філософії сутність антропологічного підходу зводиться до спроби визначити специфіку основи та сфери власне людського буття людської індивідуальності творчих можливостей людини виходячи із самої людини і через неї пояснити її власну природу та природу навколишнього світу. філософська антропологія в широкому значенні це філософське вчення про природу і сутність людини. історія суспільство та його установи це форми доповнення біологічної недостатності людини. в антисуспільній...
23220. Філософія екзистенціалізму – історія та проблеми 37 KB
  Філософія екзистенціалізму – історія та проблеми. Хоч історичні корені екзистенціалізму сягають Давньої Греції як філософське вчення він був уголос артикульований починаючи з епохи Просвітництва. На основі їхніх славетних ключових працьБуття і час 1927 таБуття і ніщо 1943 можна вивести головні принципи екзистенціалізму. Можливо головний парадокс екзистенціалізму полягає в тім що екзистенціалісти відчувають себе здатними виробляти в рамках цього доситьтаки похмурого погляду на умови людського буття більш позитивні настанови.
23221. Філософія життя – формування нової філософської парадигми 35 KB
  Філософія життя€ – формування нової філософської парадигми. Одним із основних джерел філософії життя є ірраціоналістичнопесімістична філософія Шопенгауєра. Філософія мислення€ замінюєфілософія життя€. Основа життя за концепцією Ніцше– це воля.
23222. Філософські ідеї психоаналізу 39 KB
  Психоаналітичний підхід є однією із найвидатніших теорій особистості. У анатомії особистості він виділяв три взаємодіючі компоненти: 1. Філософські ідеї психааналізу: 1Позитивні моменти: положення про складність та багатоплановість структури особистості; про свідоме та несвідоме; про внутрішні суперечності розвитку особистості. Далі виникла потреба у подоланні біологізаторських поглядів на особистість у соціалізації фрейдистської теорії особистості що і було здійснено неофрейдистами: К.
23223. Герменевтика як напрям сучасної філософії 31.5 KB
  Герменевтика як напрям сучасної філософії Принципове положення про історичну конкретність теоретичної діяльності та про облік широкого контексту різноманітного практичного життя суб'єкта в рамках теорії пізнання було вперше чітко сформульовано в марксистськоленінській філософії. Критикуючи вузький методологізм попередньої буржуазної філософії К. Одне з найбільш впливових в сучасної буржуазної філософії напрямків герменевтична філософія претендує на не менш ніж справді адекватне критичне розуміння наукового nізнання і самої проблеми...
23224. Структуралізм 58.5 KB
  Структуралізм методологія гуманітарних наук яка намагається аналізувати певну специфічну галузь наприклад міфологію як складну систему взаємопов'язаних частин. Таким чином структуралізм став не просто методом а інтелектуальним рухом який в 60х роках XXго століття прийшов на заміну екзистенціалізму. В 1970х роках структуралізм потрапив під вогонь критики. Проте чимало теоретиків структуралізму таких як Мішель Фуко йЖак Лакан продовжують впливати на європейську філософію .
23225. Світогляд як духовно-практичний спосіб освоєння світу 33 KB
  Світогляд як духовнопрактичний спосіб освоєння світу Філософія має органічний зв’язок зі світоглядом. Що ж таке світогляд Слід підкреслити що у визначенні цього поняття немає чіткості. У сучасних філософських працях про світогляд мовиться таке: €œсвітогляд– це форма суспільної відомості; €œсвітогляд– це форма самоусвідомлення особистості€; €œсвітогляд– це система поглядів на світ і на місце людини у цьому світі€; €œсвітогляд– це система принципів діяльності людини€; €œ світогляд– це погляд людини на світ як ціле€; світогляд– це...
23226. Поняття суспільного виробництва та його різновиди 35.5 KB
  Поняття суспільного виробництва та його різновиди. Продуктивні сили становлять лише одну сторону суспільного виробництва. Адже в процесі виробництва люди вступають у певні відносини не тільки з природою а й один з одним. Ці взаємовідносини людей у процесі виробництва дістали назву виробничі відносини і представляють другу складову способу виробництва.