Оптически одноосные кристаллы

Оптически одноосными называют кристаллы, свойства которых обладают симметрией вращения относительно некоторого направления, называемого оптической осью кристалла. Плоскость, в которой лежит оптическая ось кристалла и волновой вектор , называется главным сечением кристалла. Главное сечение – это не какая-то определенная плоскость, а целое семейство параллельных плоскостей.

Если световой вектор перпендикулярен главному сечению кристалла, то кристалл ведет себя как изотропная среда, и скорость волны не зависит от направления ее распространения. Такую волну называют обыкновенной. В случае, когда лежит в плоскости главного сечения, скорость распространения волны зависит от угла между направлением распространения волны и оптической осью кристалла. Эту волну называют необыкновенной. Названия (обыкновенный и необыкновенный) даны волнам в связи с тем, что для первой выполняется закон преломления, а для второй нет. Например, если луч падает нормально на плоскую поверхность двоякопреломляющей пластинки, то обыкновенный не отклонится, а необыкновенный отклонится на некоторый угол от своего первоначального направления.

Так как уравнения Максвелла для кристаллов линейны и однородны, то в общем случае волна, вступающая в кристалл из изотропной среды, разделяется на две линейно поляризованные волны. Если падающая волна ограничена диафрагмой, то в пластинке получаются два пучка света, которые при достаточной толщине пластинки окажутся разделенными пространственно. При преломлении на второй границе раздела из нее выйдут два пучка света, параллельные падающему лучу. Это явление получило название двойного лучепреломления. Двойное преломление возникает и в случае нормального падения. При этом преломление испытывает только необыкновенный луч.

Явление двойного лучепреломления используется на практике для изготовления поляризаторов. В качестве примера рассмотрим призмуНиколя. Этот поляризатор имеет форму призмы с основанием в виде параллелограмма. Грани АГ и БВ наклонены к ребру АБ под углом 68° и образуют с оптической осью ДЕ кристалла угол 48°. Призма разрезана по диагональной плоскости БГ и склеена канадским бальзамом, который является прозрачным и оптически однородным. Абсолютный показатель преломления канадского бальзама равен .

На переднюю грань призмы АГ падает луч неполяризованного или частично поляризованного света. В призме он разделяется на два луча: обыкновенный с показателем преломления и необыкновенный, с показателем преломления . Показатель преломления канадского бальзама лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного луча. Так как , то на границе БГ может происходить полное внутреннее отражение обыкновенного луча, тогда как необыкновенный луч полного внутреннего отражения испытывать не будет. Углы призмы подобраны таким образом, чтобы обыкновенный луч падал на поверхность канадского бальзама под углом 76,5° и, претерпевая полное внутреннее отражение, поглощался гранью АБ. Необыкновенный луч проходит через слой канадского бальзама и, после преломления на задней грани БВ, выходит из призмы параллельно падающему лучу. Таким образом, призма Николя преобразует естественный или частично поляризованный свет в линейно поляризованный. Его плоскость поляризации совпадает с главным сечением кристалла. При повороте призмы вокруг оси, параллельной граням АБ и ВГ на некоторый угол, плоскость колебаний поворачивается на тот же самый угол.