Основы кристаллооптики, двойное лучепреломление, дихроизм, эффект Керра, эффект Коттона-Мутона

Все прозрачные кристаллы (кроме кристаллов кубической системы, которые оптически изотропны) обладают способностью двойного лучепреломления, т. е. раздваивания каждого падающего на них светового пучка. Если на толстый кристалл исландского шпата направить узкий пучок света, то из кристалла выйдут два пространственно разделенных луча, параллельных друг другу и падающему лучу. Даже в том случае, когда первичный пучок

падает на кристалл нормально, преломленный пучок разделяется на два, причем один из

них является продолжением первичного, а второй отклоняется. Второй из этих лучей получил название необыкновенного (е), а первый — обыкновенного (о). В кристалле исландского шпата имеется единственное направление, вдоль которого двойное лучепреломление не наблюдается. Направление в оптически анизотропном кристалле, по которому луч света распространяется, не испытывая двойного лучепреломления, называется оптической осью кристалла. Любая прямая, проходящая параллельно данному направлению, является оптической осью кристалла. Кристаллы в зависимости от типа их симметрии бывают одноосные и двуосные, т. е. имеют одну или две оптические оси.
Плоскость, проходящая через направление луча света и оптическую ось кристалла, называется главной плоскостью (или главным сечением кристалла). Вышедшие из

кристалла лучи плоско поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях:

колебания светового вектора в обыкновенном луче происходят перпендикулярно главной плоскости, в необыкновенном — в главной плоскости.

 Неодинаковое преломление обыкновенного и необыкновенного лучей указывает на различие для них показателей преломления. Очевидно, что при любом направлении обыкновенного луча колебания светового вектора перпендикулярны оптической оси кристалла, поэтому

обыкновенный луч распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью и,

следовательно, показатель преломления n0 для него есть величина постоянная. Для

необыкновенного же луча угол между направлением колебаний светового вектора

и оптической осью отличен от прямого и зависит от направления луча, поэтому

необыкновенные лучи распространяются по различным направлениям с разными

скоростями. Следовательно, показатель преломления не необыкновенного луча

является переменной величиной, зависящей от направления луча.

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами.

Эффект Керра — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля.

Закон Керра

n_e-n₀=bλE²

где λ — длина волны света в вакууме; b— постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны λ и температуры. Постоянной Керра также называют величинуK=b λ/n где n— показатель преломления в отсутствие E. коэффициент преломления для обыкновенного луча равен n₀ а для необыкновенного— n_e.

Эффект Коттона— Мутона — явление возникновения под действием магнитного поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. В магнитном поле вещество становится оптически анизотропным (его оптическая ось параллельна магнитному полю Н), а проходящий свет превращается в эллиптически поляризованный, т. к. он распространяется в веществе в виде 2 волн — обыкновенной и необыкновенной, имеющих разные фазовые скорости. Разность показателей преломления обыкновенного n0  и необыкновенного ne  лучей, называемая величиной двойного лучепреломления, равна:

ne - no = λ CH2

где Н — напряжённость магнитного поля, С — зависящая от вещества константа, называемая постоянной Коттона—Мутона, λ — длина волны света. Величина С обратно пропорциональна абсолютной температуре Т.