Поляризованный свет. Двойное лучепреломление. Искусственная анизотропия

При прохождении света через некоторые анизотропные кристаллы (исландский шпат, турмалин, кварц) наблюдается двойное лучепреломление, связанное с разделением световой волны на две волны. Одна волна описывается обычным законом преломления света (преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим и нормалью к поверхности раздела). Эта волна и ее луч называются обыкновенными (0). Другая волна и ее луч называются необыкновенными (е). Необыкновенный луч не лежит в плоскости падения и не подчиняется обычному закону преломления (при нормальном падении он испытывает преломление). Причиной двойного лучепреломления является анизотропия оптических свойств кристаллов. В анизотропных кристаллах имеется направление (оно называется оптической осью), вдоль которого обыкновенная и необыкновенная волны распространяются, не разделяясь, с одной и той же скоростью.

Обыкновенная и необыкновенная волны линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях: обыкновенная – в плоскости, перпендикулярной к оптической оси кристалла, необыкновенная – в плоскости, параллельной оптической оси. Обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью, и, следовательно, показатель преломления n₀ для него постоянен .

Необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными скоростями, зависящими от направления луча

Анизотропия, возникающая при деформациях. Явление двойного лучепреломления при механических деформациях было открыто Зеебеком (1813 г.) и Брюстером (1815 г.). При одностороннем сжатии или расширении направление деформации становится выделенным и играет роль оптической оси. Для наблюдения этого явления исследуемый образец помещается между двумя скрещенными николями. При приложении нагрузки поле светлеет.

Оптические свойства деформированного таким образом тела соответствуют свойствам одноосного кристалла. Показатели преломления и , соответствующие колебаниям, совершаемым вдоль направления оптической оси и перпендикулярно к ней, максимально отличаются друг от друга. Опыт показывает, что разность , являющаяся мерой анизотропии, пропорциональна величине напряжения , то есть величине силы в расчете на единицу площади: .

Разность хода, приобретаемая лучами при прохождении слоя деформированного вещества толщиной , равна , и, следовательно, разность фаз , где – величина, характеризующая вещество. Разность показателей преломления может быть и положительной, и отрицательной в зависимости от материала. Анализатор, стоящий после пластины, «вырежет» две волны с одинаковым направлением колебаний вектора напряженности. А поскольку их породил один исходный луч, волны будут интерферировать. Малейшие изменения толщины пластинки и величины деформации в ней приводят к возникновению разности хода волн. Вследствие зависимости от при наблюдении в белом свете деформированного образца при скрещенных поляризаторах поверхность образца оказывается покрытой полосами разного цвета. Распределение окраски может служить качественным методом изучения распределения напряжений в прозрачных телах. В частности, этот метод с успехом применяют для обнаружения напряжений, возникающих в стеклянных изделиях, охлаждение которых производилось недостаточно медленно. Для непрозрачных материалов распределение напряжений исследуется с помощью моделей, изготовленных из прозрачных материалов.