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

69 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

25923. Промежуточные реле. Указательные реле. Принцип работы. Область применения 22.5 KB
  Промежуточные реле. Указательные реле. Реле промежуточные предназначены для коммутации электрических нагрузок в цепях переменного и постоянного тока в схемах устройств релейной защиты противоаварийной и системной автоматики электроэнергетических объектов промышленной аппаратуре различного назначения и являются комплектующими изделиями. Могут использоваться в качестве вспомогательных реле в цепях постоянного тока.
25924. Магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы). Сухие язычковые герконы. Смоченные (жидкометаллические) язычковые герконы. Герконовые реле. Конструктивные особенности. Область применения 21 KB
  Герконовые реле. МК помещенный в герметизированный баллон называется герконом Герконовые реле могут содержать один или несколько МК; одну или несколько обмоток или шин; поляризующие постоянные магниты ПМ; дополнительные ферромагнитные детали играющие роль магнитопровода кожуха магн. На основе МК создают и многоцепные реле располагая например в обмотке несколько коммутационных элементов. Существуют конструкции герконовых реле и с внешним по отношению к обмотке расположением МК.
25925. Контроллеры, командоаппараты, реостаты. Определения. Область применения 33 KB
  КОМАНДОАППАРАТ электрический аппарат для различного рода переключений электрических цепей в системах управления объектами или технологическими процессами. Простейшие командоаппараты кнопки управления концевые выключатели контроллеры. Командоаппараты предназначены для автоамтического дистационного управления электроприводами в качестве путевых конечных выключателей где требуется особая точность и надежность управления.Командоаппараты рассчитаны для работы в цепях управления постоянного тока напряжением до 440 В и до 380 В переменного...
25927. Контакторы электромагнитные. Назначение контакторов. Контакторы постоянного и переменного тока. Конструктивные особенности. Выбор контакторов 42 KB
  Контакторы постоянного и переменного тока. Классификация электромагнитных контакторов Общепромышленные контакторы классифицируются: по роду тока главной цепи и цепи управления включающей катушки постоянного переменного постоянного и переменного тока; по числу главных полюсов от 1 до 5; по номинальному току главной цепи от 15 до 4800 А; по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50 60 500 1000 2400 8000 10 000 Гц; по номинальному напряжению включающей...
25928. Магнитные пускатели. Назначение пускателей. Схема включения. Выбор пускателей 24.5 KB
  Магнитные пускатели. Характеристики пускателей Современные магнитные пускатели классифицируются: по назначению нереверсивные реверсивные наличию или отсутствию тепловых реле и кнопок управления степени защиты от воздействия окружающей среды уровням коммутируемых токов рабочему напряжению катушки. Магнитные пускатели применяются для управления электрическими нагрузками в диапазоне мощностей от 75 до 80 кВт. Чаще всего пускатели располагают максимальной защитой от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов повышенной...
25929. Виды щелей дугогасительных устройств. Перемещение дуги под воздействием магнитного поля. Гашение дуги с помощью дугогасительной решетки. Виды дугогасительных решеток 33 KB
  Перемещение дуги под воздействием магнитного поля. Гашение дуги с помощью дугогасительной решетки. Дугогасительное устройство узел высоковольтного выключателя предназначенный для гашения электрической дуги которая возникает на контактах выключателя при размыкании цепи. Гашение дуги в Д.
25930. Способы гашения электрической дуги. Область применения 47.5 KB
  Способы гашения электрической дуги. Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1 кВ. Удлинение дуги при быстром расхождении контактов: чем длинее дуга тем большее напряжение необходимо для ее существования. Деление длинной дуги на ряд коротких дуг.
25931. Разъединители. Назначение. Конструктивное исполнение. Принцип действия. Условия выбора 31.5 KB
  Разъединители аппараты которые предназначены для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Разъединитель и механизм его привода должны надежно удерживаться во включенном положении при протекании тока К3. Как мы уже говорили они должны надежно работать при номинальном режиме а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания. При больших токах контакты выполняют из нескольких до восьми параллельных пластин.