Электромагнитные волны в анизотропных средах. Явление двойного лучепреломления

Электромагнитные волны в анизотропных средах.

Явление двойного лучепреломления

Анизотропная среда — среда, физические свойства которой (в частности, диэлектрическая проницаемость) зависят от направления.

Двойное лучепреломление — явление раздвоения светового луча при прохождении через некоторые анизотропные среды, обусловленное зависимостью показателя преломления от поляризации света и направления его распространения.

Физическая природа явления

Двойное лучепреломление возникает из-за особенностей распространения электромагнитных волн в анизотропных средах. Амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направления этих колебаний, что приводит к расщеплению падающего луча на два.

Типы лучей

При двойном лучепреломлении образуются два типа лучей:

·                     Обыкновенный луч (о-луч) — подчиняется законам геометрической оптики, его плоскость поляризации перпендикулярна главной плоскости кристалла

·                     Необыкновенный луч (е-луч) — не подчиняется обычным законам преломления, его плоскость поляризации лежит в главной плоскости кристалла

Оптические оси кристалла

Оптическая ось — направление в кристалле, вдоль которого отсутствует двойное лучепреломление. В зависимости от количества оптических осей кристаллы делятся на:

·                     Одноосные кристаллы (исландский шпат, кварц, турмалин)

·                     Двуосные кристаллы (гипс, слюда)

Характеристики распространения

Скорости распространения лучей в одноосных кристаллах определяются формулами:

·                     Для обыкновенного луча: vo​=εy​​c​

·                     Для необыкновенного луча: ve​=εx​​c​

где εx​ и εy​ — диэлектрические проницаемости в разных направлениях.

Практическое применение

Явление двойного лучепреломления используется:

·                     В поляризационной оптике

·                     Для создания поляроидов

·                     В оптических приборах

·                     При исследовании напряжений в материалах (фотоупругость)

Дополнительные явления

Дихроизм — явление, при котором один из лучей (обычно обыкновенный) поглощается значительно сильнее другого. Это свойство используется для создания поляроидов, хотя имеет недостаток в виде окрашивания белого света.

Искусственная анизотропия может возникать в изотропных средах под воздействием:

·                     Механических напряжений (фотоупругость)

·                     Электрического поля (эффект Керра)

Заключение

Явление двойного лучепреломления является фундаментальным свойством анизотропных сред и имеет широкое практическое применение в современной оптике и технике. Понимание его физических основ позволяет создавать новые оптические устройства и методы исследования материалов.