Dvojitý lom svetla. Veľká encyklopédia ropy a zemného plynu

Na získanie polarizovaného svetla sa využíva aj jav dvojitého lomu.

„Z Islandu, ostrova ležiaceho v Severnom mori, na 66° zemepisnej šírky,“ napísal Huygens v roku 1678, „bol privezený kameň (islandský nosník), ktorý je veľmi pozoruhodný svojím tvarom a inými vlastnosťami, ale predovšetkým pre svoju zvláštnu lomivosť. vlastnosti"

Ak sa na nejaký nápis položí kúsok islandského rahna, potom cez neho uvidíme dvojitý nápis (obr. 133).

Ryža. 133. Dvojlom.

K rozdvojeniu obrazu dochádza v dôsledku skutočnosti, že každý lúč dopadajúci na povrch kryštálu zodpovedá dvom lomeným lúčom. Na obr. 134 znázorňuje prípad, keď je dopadajúci lúč kolmý na povrch kryštálu; potom lúč, nazývaný obyčajný, prechádza kryštálom nelomený a lúč, nazývaný mimoriadny, prechádza pozdĺž prerušovanej čiary znázornenej na obr. 134.

Ryža. 134. Dráha lúčov pri dvojitom lomu.

Názvy lúčov sú jasné: obyčajný lúč sa správa tak, ako by sme na základe známych zákonov lomu očakávali. Zdá sa, že mimoriadny lúč porušuje tieto zákony: padá normálne k povrchu, ale zažíva lom. Oba lúče opúšťajú kryštálovú rovinu polarizované a sú polarizované vo vzájomne kolmých rovinách. To sa dá ľahko overiť veľmi jednoduchou skúsenosťou. Zoberme si nejaký analyzátor (napríklad nohu) a pozrime sa cez neho na rozdvojený obraz daný kryštálom. Pri určitej polohe chodidla uvidíme len jeden z obrázkov, druhý bude zhasnutý. Pri otáčaní chodidla okolo zorného poľa o 90°

objaví sa tento druhý obrázok, ale prvý zmizne. Sme teda skutočne presvedčení, že oba obrázky sú polarizované a presne tak, ako je práve naznačené.

Je zvláštne, že v roku 1808 Malus, celkom náhodou, vykonal podobný experiment a objavil polarizáciu svetla pri odraze od skla. Pri pohľade cez kus islandského nosníka na odraz zapadajúceho slnka v oknách Luxemburského paláca v Paríži s prekvapením zistil, že dva obrazy, ktoré vznikli dvojitým lomom svetla, majú rôznu jasnosť. Malus otáčal kryštálom a videl, že obrazy sa striedavo rozjasňovali a potom zmizli. Malus sa najprv rozhodol, že to ovplyvňujú kolísanie slnečného svetla v atmosfére, ale keď sa zotmie, zopakoval experiment so svetlom sviečky odrazeným od hladiny vody a potom skla. V oboch prípadoch sa však účinok potvrdil. Malus vlastní pojem „polarizácia“ svetla.

Prejdime teraz k podrobnejšiemu rozboru javu dvojitého lomu. Ak zmeníme uhol dopadu lúča na povrch kryštálu, tak sa odhalí nová pozoruhodná vlastnosť mimoriadneho lúča. Ukazuje sa, že jeho index lomu nie je konštantný, ale závisí od uhla dopadu. Keďže smer lomu lúča v kryštáli závisí od uhla dopadu, možno túto vlastnosť formulovať aj takto: index lomu mimoriadneho lúča závisí od jeho smeru v kryštáli. Nakoniec, keď prejdeme od indexu lomu k rýchlosti šírenia, môžeme povedať, že rýchlosť mimoriadneho lúča v kryštáli závisí od smeru jeho šírenia.

V tejto konečnej formulácii sa optické vlastnosti kryštálu zhodujú s jeho ďalšími vlastnosťami: dielektrická konštanta, tepelná vodivosť a elasticita kryštálu sú tiež nerovnaké v rôznych smeroch. Súvislosť medzi anizotropiou optických a elektrických vlastností kryštálu sa stáva celkom pochopiteľnou, ak si uvedomíme, že rýchlosť svetla je nepriamo úmerná druhej odmocnine dielektrickej konštanty prostredia (§ 2). Preto, prísne vzaté, rýchlosť šírenia svetelnej vlny nezávisí od smeru šírenia, ale od smeru elektrického poľa svetelnej vlny. Aj keď sa dve svetelné vlny polarizované vo vzájomne kolmých rovinách šíria v kryštáli rovnakým smerom, ich rýchlosti budú rôzne (s výnimkou niektorých špeciálnych prípadov). Príkladom dvoch takýchto vĺn sú mimoriadne a obyčajné lúče.

Ak z bodu ležiaceho na povrchu Islandského nosníka nakreslíme do kryštálu polomerové vektory, ktorých veľkosť je úmerná rýchlosti svetla v príslušných smeroch, potom ich konce budú ležať na povrchu rotačného elipsoidu. Toto

je ekvivalentná skutočnosti, že vlnová plocha svetelných kmitov šíriacich sa z bodu má na rozdiel od guľového tvaru pri šírení v amorfnom telese elipsoidný tvar. Celý čas, samozrejme, hovoríme o mimoriadnom lúči. Obyčajné lúče zjavne tvoria sférickú vlnovú plochu. V kryštáli teda máme dva typy vlnových plôch: elipsoidy a gule. Tieto elipsoidy a gule sa dotýkajú v bodoch ležiacich na priamkach, ktoré sa nazývajú optické osi kryštálu.

Je zrejmé, že svetlo sa šíri pozdĺž optickej osi rýchlosťou úplne nezávislou od stavu polarizácie. V islandskom nosníku je len jeden smer optickej osi - jednoosový kryštál.

Jednoduchou grafickou metódou založenou na Huygensovom princípe zostrojíme lomenú vlnu obyčajných aj mimoriadnych lúčov (§ 25). Jedna vlna sa bude dotýkať radu elementárnych gúľ, druhá bude dotyčnica radu elipsoidov (obr. 135). Vidíme, že medzi týmito dvoma rovinnými vlnami vzniká uhol, ktorý zodpovedá vytvoreniu uhla medzi lomenými lúčmi, teda dvojlomu.

Ryža. 135. Konštrukcia Huygensa v kryštáli.

Na rozdiel od izotropného média v kryštáli, (mimoriadny) lúč už nie je normálny k povrchu vlny. Na obr. 135 o označuje obyčajný lúč, mimoriadny lúč a normálny lúč.

V islandskom kryštále je však aj smer, v ktorom sa obyčajné aj mimoriadne lúče pohybujú rovnakou rýchlosťou bez toho, aby boli oddelené. Tento smer sa nazýva optická os kryštálu. Je zrejmé, že body dotyku elipsoidu s guľou ležia na optickej osi. V rovine kolmej na optickú os ležia smery, pozdĺž ktorých je rozdiel rýchlosti medzi obyčajným a mimoriadnym lúčom maximálny. Obyčajné a neobyčajné lúče idú rovnakým smerom, ale mimoriadny lúč predbehne obyčajný.

Akákoľvek rovina prechádzajúca optickou osou sa nazýva hlavná časť alebo hlavná rovina kryštálu.

Medzi jednoosové kryštály patrí okrem islandského špalku napríklad aj kremeň a turmalín. Existujú kryštály, v ktorých javy lomu podliehajú ešte viac

zložité zákony. Najmä pre nich existujú dva smery, v ktorých sa oba lúče pohybujú rovnakou rýchlosťou, preto sa takéto kryštály nazývajú dvojosé (napríklad sadra). V biaxiálnych kryštáloch sú oba lúče mimoriadne, t.j. rýchlosti šírenia oboch lúčov závisia od smeru.

Turmalín má pozoruhodnú schopnosť absorbovať jeden z lúčov vznikajúcich dvojlomom, vďaka čomu kryštál turmalínu slúži ako polarizátor a vytvára jeden polarizovaný lúč naraz.

Už v roku 1850 Herapat zistil, že umelo vyrobené kryštály chinínjodidsulfátu majú rovnaké vlastnosti ako turmalín.

Ryža. 136. Použitie polaroidov.

Jednotlivé kryštály však boli príliš malé a na vzduchu sa rýchlo zhoršovali. Až v posledných rokoch sa naučili vyrábať celuloidový film v priemyselnom meradle, do ktorého sa zavádza veľké množstvo absolútne identicky orientovaných kryštálov chinínjodidsulfátu. Tento film sa volá Polaroid.

Polariod úplne polarizuje svetlo, nielenže prechádza pozdĺž normály na jej povrch, ale zachováva si svoje vlastnosti pre lúče zvierajúce s normálou uhly až 30°. Polaroid teda dokáže polarizovať pomerne široký kužeľ svetelných lúčov.

Polaroid našiel široké uplatnenie v širokej škále oblastí. Dovoľte nám poukázať na najzaujímavejšie využitie Polaroidu v automobilovom priemysle.

Polaroidové platne sa montujú na predné sklo automobilu (obr. 136) a na svetlomety automobilu. Polaroid na prednom okne je analyzátor, dosky na svetlometoch sú polarizátory. Polarizačné roviny dosiek zvierajú s horizontom uhol 45° a sú navzájom rovnobežné. Vodič, ktorý sa pozerá na cestu cez polaroid, vidí odrazené svetlo svojich svetlometov,

to znamená, že vidí cestu osvetlenú nimi, keďže zodpovedajúce roviny polarizácie sú rovnobežné, ale nevidí svetlo z predných svetiel idúceho auta, ktoré je tiež vybavené polaroidovými platňami. V druhom prípade, ako je ľahko vidieť z obr. 136, roviny polarizácie budú vzájomne kolmé. Vodič je tak chránený pred oslnením svetlometov protiidúceho auta.

Okuliare sú vyrobené z polaroidu, cez ktorý je odlesk svetla odrazený od lesklých povrchov neviditeľný. Vysvetľuje to skutočnosť, že oslnenie je zvyčajne čiastočne alebo úplne polarizované. V múzeách a umeleckých galériách je veľmi vhodné používať polaroidové okuliare (povrch obrazov maľovaných olejovými farbami často vytvára odlesky, ktoré sťažujú videnie obrazov a skresľujú odtiene farieb).

Jedným z najbežnejších polarizátorov je takzvaný Nicolasov hranol alebo jednoducho nicol.

Ryža. 137. Rez mikulášskym hranolom.

Nicolasov hranol je kryštál islandskej špice, rezaný diagonálne a zlepený kanadským balzamom (obr. 137). V Nicolasovom hranole je jeden z lúčov vznikajúcich dvojitým lomom eliminovaný veľmi dômyselným spôsobom. Obyčajný lúč, ktorý sa láme silnejšie, dopadá na hranicu s kanadským balzamom pod uhlom dopadu väčším ako mimoriadny lúč. Pretože index lomu kanadského balzamu je nižší ako index lomu islandského nosníka, dochádza k úplnému vnútornému odrazu a lúč dopadá na bočnú plochu. Bočná strana je pokrytá čiernou farbou a absorbuje lúč dopadajúci na ňu. Z hranola teda vychádza iba jeden rovinne polarizovaný lúč (mimoriadny). Rovina polarizácie tohto lúča sa nazýva hlavná Nicolova rovina.

Dve za sebou umiestnené nicoly so vzájomne kolmými hlavnými rovinami očividne neprepustia vôbec žiadne svetlo. Ak sú hlavné roviny rovnobežné, potom cez nicoli prejde maximálne množstvo svetla. Vyvstáva otázka, koľko svetla takáto kombinácia nicol prepustí v akejkoľvek medzipolohe, keď uhol a medzi hlavnými rovinami je väčší ako nula, ale menší ako 90°.

Keďže každý polarizátor, ako sme si už povedali, môžeme prirovnať k štrbine, ktorá prenáša len vibrácie ležiace v jeho rovine, postup výpočtu intenzity svetla prechádzajúceho cez dva nicoly je jasný. Na tento účel znázornime hlavné roviny nicolov vo forme priamych čiar I u II (obr. 138). Potom sa kmity vychádzajúce z prvého nicholu zhodujú s a ak ich rozložíme na dve zložky (jedna sa zhoduje a druhá k nej

kolmá), potom prvá zložka prejde úplne a druhá, samozrejme, bude oneskorená nicol. Veľkosť amplitúdy tvoriacej kmity v smere II, ako je zrejmé z výkresu, sa rovná kde A je amplitúda kmitov vychádzajúcich z prvého nicol. Táto zložka, ako sme práve povedali, úplne prejde; preto to bude amplitúda vibrácie prechádzajúcej cez dva nikoly.

Ryža. 138. Smerom k výpočtu energie prejdenej cez dva nikoly.

Energia svetelnej vlny, ako každá vibrácia, je úmerná druhej mocnine amplitúdy; Preto nakoniec pre svetelnú energiu prechádzajúcu cez dva nikoly máme nasledujúci vzorec - Malusov zákon:

a mení sa z na ako sa mení z O na Otáčaním jedného z nicolov môžeme zoslabiť prechádzajúce svetlo ľubovoľný počet krát a získať svetlo akejkoľvek intenzity.

Malusov zákon samozrejme platí pre akýkoľvek polarizátor a analyzátor. Najmä intenzita svetla odrazeného postupne od dvoch sklenených zrkadiel podlieha rovnakému zákonu.

Ak Nicolasov hranol slúži na vytvorenie jedného polarizovaného lúča, potom Wollastonov hranol vytvára dva lúče, polarizované vo vzájomne kolmých rovinách a umiestnené symetricky vzhľadom na dopadajúci lúč. Zariadenie Wollastonovho hranola je mimoriadne dômyselné a najmä názorne ukazuje, ako závisí rýchlosť šírenia lúčov v kryštáli od smeru ich roviny polarizácie.

Ryža. 139. Wollastonov hranol.

Wollastonov hranol pozostáva z dvoch kusov islandského nosníka, narezaných rovnobežne s optickou osou a zlepených tak, že optická os jedného kusu je kolmá na optickú os druhého kusu. Na obr. 139 je optická os pravého kusu rovnobežná s rovinou výkresu a optická os ľavého kusu je na ňu kolmá.

Lúč svetla dopadajúci normálne na hornú hranicu bude rozdelený na dva lúče: obyčajný lúč s polarizačnou rovinou rovnobežnou s optickou osou a mimoriadny lúč, polarizovaný v kolmom smere. Oba lúče sa pohybujú rovnakým smerom, ale rôznymi rýchlosťami, určenými indexmi lomu. Po dosiahnutí rozhrania s druhým kusom sa oba

Lúče si vymenia úlohy. Rovina polarizácie obyčajného (v prvom kuse) lúča sa už stáva kolmou na optickú os (druhého kusu), preto sa tento lúč v druhom kuse bude šíriť ako mimoriadny. Naopak, lúč, ktorý je nezvyčajný v prvom kuse, bude obyčajný v druhom kuse, pretože jeho rovina polarizácie je rovnobežná s optickou osou tohto kusu. Teda jeden lúč (v prvom kuse obyčajný) prechádza z média s indexom lomu do média s indexom lomu iného (v prvom kuse mimoriadneho) - z média do média s väčším počtom islandských lúčov. prvý lúč prechádza z hustejšieho média do menej hustého, druhý - naopak. Výsledkom je, že jeden lúč sa bude lámať vľavo na hranici a druhý vpravo a dva polarizované lúče vstúpia symetricky z hranola.

Na dve zložky. Ak lúč svetla dopadá kolmo na povrch kryštálu, potom sa na tomto povrchu rozdelí na dva lúče. Prvý lúč pokračuje v ceste rovno a je tzv obyčajný (o- obyčajný), druhý sa odchyľuje do strany a volá sa mimoriadny (e- mimoriadne).
Prvýkrát ho objavil dánsky vedec Rasmus Bartholin na kryštáli islandského nosníka v roku 1669.

Popis [ | ]

Smer oscilácie vektora elektrického poľa mimoriadneho lúča leží v rovine hlavného rezu (rovina prechádzajúca lúčom a optická os kryštálu). Optická os kryštálu je smer v opticky anizotropnom kryštáli, pozdĺž ktorého sa šíri lúč svetla bez dvojlomu.

Porušenie zákona lomu svetla mimoriadnym lúčom je spôsobené tým, že rýchlosť šírenia svetla (a teda index lomu) vĺn s takou polarizáciou, ako je mimoriadny lúč, závisí od smeru. Pre obyčajnú vlnu je rýchlosť šírenia vo všetkých smeroch rovnaká.

Je možné zvoliť podmienky, za ktorých sa obyčajné a mimoriadne lúče šíria po rovnakej trajektórii, ale rôznou rýchlosťou. Potom sa pozoruje účinok zmeny polarizácie. Napríklad lineárne polarizované svetlo dopadajúce na platňu možno znázorniť ako dve zložky (obyčajné a mimoriadne vlny), ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Kvôli rozdielu v rýchlostiach týchto dvoch komponentov bude medzi nimi na výstupe z kryštálu nejaký fázový rozdiel a v závislosti od tohto rozdielu bude mať svetlo na výstupe rôznu polarizáciu. Ak je hrúbka platne taká, že na výstupe z nej jeden lúč zaostáva za druhým o štvrtinu vlny (štvrťperióda), potom sa polarizácia zmení na kruhovú (takejto platni sa hovorí štvrťvlna), ak jeden lúč zaostáva o polovicu vlny za druhým, potom svetlo zostane lineárne polarizované, ale rovina polarizácie sa otočí o určitý uhol, ktorého hodnota závisí od uhla medzi rovinou polarizácie dopadajúceho lúča a rovinou hlavná časť (takáto platňa sa nazýva polvlnová platňa).

Povaha javu [ | ]

Kvalitatívne možno tento jav vysvetliť nasledovne. Z Maxwellových rovníc pre materiálne médium vyplýva, že fázová rýchlosť svetla v prostredí je nepriamo úmerná hodnote dielektrickej konštanty ε média. V niektorých kryštáloch závisí dielektrická konštanta - tenzorová veličina - od smeru elektrického vektora, teda od stavu polarizácie vlny, preto bude fázová rýchlosť vlny závisieť od jej polarizácie.

Podľa klasickej teórie svetla je výskyt efektu spôsobený tým, že striedavé elektromagnetické pole svetla spôsobuje kmitanie elektrónov látky a tieto vibrácie ovplyvňujú šírenie svetla v prostredí a v niektorých látkach je jednoduchšie nechať elektróny oscilovať v niektorých špecifických smeroch.

Umelý dvojlom[ | ]

Okrem kryštálov sa dvojlom pozoruje aj v izotropných prostrediach umiestnených v elektrickom poli (Kerrov efekt), v magnetickom poli (Cotton-Moutonov efekt, Faradayov efekt), pod vplyvom mechanického namáhania (fotoelasticita). Pod vplyvom týchto faktorov mení pôvodne izotropné médium svoje vlastnosti a stáva sa anizotropným. V týchto prípadoch sa optická os média zhoduje so smerom elektrického poľa, magnetického poľa a smerom pôsobenia sily.

Pozitívne a negatívne kryštály[ | ]

Negatívne kryštály- jednoosové kryštály, v ktorých je rýchlosť šírenia obyčajného svetelného lúča menšia ako rýchlosť šírenia sa mimoriadneho lúča. V kryštalografii sa negatívne kryštály nazývajú aj tekuté inklúzie v kryštáloch, ktoré majú rovnaký tvar ako samotný kryštál.
Pozitívne kryštály- jednoosové kryštály, v ktorých je rýchlosť šírenia obyčajného svetelného lúča väčšia ako rýchlosť šírenia sa mimoriadneho lúča.

pozri tiež [ | ]

Literatúra [ | ]

Odkazy [ | ]

Erasmus Bartholin, Experimenta crystalli islandici disdiaclastici quibus mira & inulita refractio detegitur (Kodaň, Dánsko: Daniel Paulli, 1669).
Erasmus Bartholin (1. januára 1670) Popis rôznych experimentov, ktoré urobil a oznámil tento učený matematik Dr. Erasmus Bartholin na tele podobnom kryštálu, ktoré mu poslali z Ostrova, Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti v Londýne, 5 : 2041-2048.

Definícia 1

Vo fyzike existuje taký jav ako dvojitý lom. Vyznačuje sa rozdelením lúča svetla na jeho zložky.

Obrázok 1. Dvojlom. Author24 - online výmena študentských prác

Vďaka mnohým rôznym experimentom boli vedci schopní identifikovať hlavné charakteristiky a vlastnosti, ktoré charakterizujú tento jav.

Pojem a podstata dvojitého lomu

Dvojlom je efekt rozdelenia svetelného lúča v anizotropnom prostredí na dve zložky. Pri dopade kolmo na povrch kryštálu sa lúč rozdelí na dve časti. V tomto prípade pozorujeme nasledujúce javy:

prvý lúč demonštruje pokračovanie jeho priameho šírenia (nazýva sa obyčajný);
čo sa týka druhého lúča, ten sa už odchýli do strany (nezvyčajné).

Za optickú os kryštálu sa považuje smer v opticky anizotropnom kryštáli, pozdĺž ktorého sa šíri svetelný lúč bez toho, aby podliehal dvojlomu.

Poznámka 1

Porušenie zákona lomu svetla v dôsledku pôsobenia mimoriadneho lúča je vyvolané skutočnosťou, že rýchlosť šírenia svetla a index lomu vĺn s polarizáciou podobnou mimoriadnemu lúču budú závisieť od smeru. V tomto prípade je pre obyčajnú vlnu rýchlosť šírenia vo všetkých smeroch rovnaká.

Je možné zvoliť optimálne podmienky pre šírenie obyčajných a mimoriadnych lúčov po rovnakej trajektórii, ale ich rýchlosti budú rôzne. V tomto prípade pozorujeme vplyv zmeny polarizácie.

Na základe princípov klasickej teórie svetla možno výskyt javu vysvetliť tak, že striedavé elektromagnetické svetelné pole vyvoláva oscilácie elektrónov látky a takéto oscilácie majú priamy vplyv na šírenie svetla v médium.

Okrem kryštálov možno dvojlom pozorovať v izotropných médiách, ktoré sú umiestnené:

do elektrického poľa (hovoríme o Kerrovom efekte);
do magnetického poľa (efekt Cotton-Mouton a Faraday).

Pod vplyvom vyššie uvedených faktorov teda pôvodne izotropné médium začína meniť svoje vlastnosti a mení sa na anizotropné. V takýchto prípadoch sa optická os média zhoduje so smermi elektrického a magnetického poľa a pôsobením sily.

Fenomén dvojitého lomu v prírode

Vďaka objavu dánskeho fyzika E. Bartholina v roku 1669 bolo možné zistiť skutočnosť, že pri pohľade na predmet cez islandský kryštál (s určitým usporiadaním kryštálu) budú zreteľne viditeľné dva obrazy predmetu. viditeľné súčasne. Tento jav dostal názov dvojitý lom.

Vysvetlenie podstaty tohto javu mohol podať v roku 1690 H. Huygens vo svojom „Pojednaní o svetle“. V modernejšom variante je vysvetlenie takto: svetlo vstupujúce do dvojlomnej látky sa začína deliť na dva lúče, ktoré sú rovinne polarizované vo vzájomne kolmých rovinách.

Zároveň v každej dvojlomnej látke bude existovať jeden alebo dva smery, pričom oba lúče sa šíria rovnakou rýchlosťou. Takéto smery sa vo fyzike nazývajú optické osi. Vedci delia látky (v závislosti od počtu osí) na: jednoosové a dvojosové.

Keďže rýchlosť svetla v látke priamo súvisí s indexom lomu takejto látky, index lomu pre daný lúč tiež nebude závisieť od uhla dopadu. Inými slovami, správanie takéhoto lúča bude podobné jeho pôsobeniu v bežnom izotropnom médiu, čo ho robí obyčajným.

Obrázok 2. Fenomén dvojitého lomu. Author24 - online výmena študentských prác

Druhý lúč sa už bude nazývať mimoriadny, pretože uhol medzi smerom vektorovej oscilácie mimoriadneho lúča a optickou osou bude závisieť od uhla dopadu. Takže v podmienkach rôznych uhlov dopadu bude jeho šírenie rôznymi rýchlosťami a index lomu bude odlišný.

Šírenie vlny počas dvojlomu

Poznámka 2

Rozdelenie dopadajúceho lúča vo vnútri platne na obyčajný a mimoriadny spôsobí, že jeden z nich je polarizovaný kolmo na optickú os a druhý rovnobežný s ňou. Navyše pri vstupe na platňu sú takéto lúče vo fáze.

Vlnové povrchy takýchto lúčov (obyčajné a mimoriadne) budú mať rôzne tvary. Takže pre bežného je to sféra, kde sa šíri univerzálne rovnakou rýchlosťou. Vo výnimočných prípadoch je povrch vlny elipsoid (rýchlosť lúča v rôznych smeroch sa ukazuje ako odlišná).

Vzhľadom na to, že svetelné vlny sa budú šíriť pozdĺž optickej osi rovnakou rýchlosťou a vlnové plochy v priesečníkoch s optickou osou sa dostanú do kontaktu.

Medzi dvojlomné látky patria kryštalické látky, ako je kremeň a islandský rákos. Okrem toho látky s asymetrickými molekulami, ktoré sú orientované usporiadaným spôsobom v určitom smere, možno považovať za dvojlomné. Môžu sem teda patriť kvapaliny a amorfné telieska, v ktorých sa molekulárna orientácia objavuje pod vonkajšími vplyvmi (pri mechanickom namáhaní, pod vplyvom vonkajšieho magnetického alebo elektrického poľa).

Dvojlom v kryštáloch je široko používaný:

v procese vytvárania optických nástrojov;
dvojlom v kvapalinách v elektrickom poli sa úspešne používa na prenos obrazov na diaľku;
keď sa objaví v skle počas temperovania, tento jav pôsobí ako účinný znak na identifikáciu nebezpečného napätia v skle, žiarovkách atď. (na základe polarizačných zariadení);
študovať na priehľadných modeloch vyrobených zo skla alebo celuloidu napätia vznikajúce pri rôznych deformáciách, napríklad v strojoch, farebné obrázky získané z takýchto deformovateľných modelov (vďaka polarizačným zariadeniam) umožňujú rýchlo a presne študovať napätia a zbaviť sa zložité výpočty.

Dvojlom je jav rozdelenia lúča svetla v anizotropnom prostredí na dve zložky, šíriace sa rôznou rýchlosťou a polarizované v dvoch vzájomne kolmých rovinách. Dvojlom prvýkrát objavil a opísal E. Bartholin, profesor na univerzite v Kodani, v roku 1669 v islandskom kryštále. Ak svetelný lúč dopadne kolmo na povrch kryštálu, potom sa rozdelí na dva lúče, z ktorých jeden pokračuje vo svojej dráhe bez lomu, ako v izotropnom prostredí, zatiaľ čo druhý je odklonený na stranu, čím sa porušuje obvyklý zákon svetla. lom (obrázok 1.6). V súlade s tým sa lúče prvého lúča nazývajú bežné a druhé - mimoriadne. Uhol tvorený obyčajnými a mimoriadnymi lúčmi sa nazýva uhol dvojlomu. Ak sa v prípade kolmého dopadu lúča kryštál otáča okolo lúča, potom stopa obyčajného lúča zostane na mieste, v strede, a stopa mimoriadneho lúča sa otáča v kruhu. Dvojlom možno pozorovať aj vtedy, keď lúč svetla dopadá šikmo na povrch kryštálu. V islandskom nosníku a niektorých ďalších kryštáloch existuje iba jeden smer, pozdĺž ktorého nedochádza k dvojlomu. Nazýva sa to optická os kryštálu a takéto kryštály sú jednoosové.

Obrázok 1.6 - Dvojlom v jednoosovom kryštáli

keď svetelný lúč dopadá kolmo na prednú plochu kryštálu

Smer oscilácie elektrického vektora mimoriadneho lúča leží v rovine hlavného rezu (prechádza cez optickú os a svetelný lúč), ktorá je rovinou polarizácie. Porušenie zákonov lomu v mimoriadnom zväzku je spôsobené tým, že rýchlosť šírenia mimoriadnej vlny, a teda jej index lomu nezávisí od smeru. Pre obyčajnú vlnu polarizovanú v rovine kolmej na hlavný rez je index lomu no rovnaký pre všetky smery. Ak z bodu O (obrázok 1.6) vykreslíme vektory, ktorých dĺžky sa rovnajú hodnotám nе a nо v rôznych smeroch, potom geometrické polohy koncov týchto vektorov tvoria guľu pre obyčajnú vlnu a elipsoid pre mimoriadny (plochy indexu lomu).

V priehľadných kryštáloch sú intenzity obyčajných a mimoriadnych lúčov takmer rovnaké, ak dopadajúce svetlo bolo prirodzené. Výberom jedného z lúčov vyplývajúcich z dvojlomu s membránou a jeho prechodom cez druhý kryštál môžete opäť získať dvojlom. Intenzita obyčajných a mimoriadnych lúčov sa však v tomto prípade bude líšiť, pretože dopadajúci lúč je polarizovaný. Pomer intenzity závisí od vzájomnej orientácie kryštálov - od uhla a, ktorý zvierajú roviny hlavných rezov oboch kryštálov (roviny prechádzajúce optickou osou a svetelný lúč). Ak j=0° alebo 180°, potom zostane len obyčajný lúč. Pri a=90° naopak zostáva len mimoriadny lúč. Pri a=45° je intenzita oboch lúčov rovnaká. Vo všeobecnom prípade môže mať kryštál dve optické osi, to znamená dva smery, pozdĺž ktorých nie je dvojlom. V biaxiálnych kryštáloch sa oba lúče objavujúce sa pri dvojlome správajú ako keby boli mimoriadne.

Dvojlom, charakterizovaný veľkosťou a znamienkom Dn, môže byť pozitívny a negatívny; v súlade s tým sa rozlišujú pozitívne a negatívne (jednoosové) kryštály (tabuľka 1.1).

Tabuľka 1.1 - Hodnoty indexu lomu pre rôzne kryštály

Meranie Dn v prípadoch, kde je dvojlom vysoký, sa môže uskutočniť priamym stanovením indexov lomu pomocou hranolov alebo špeciálnych kryštálových refraktometrov, ktoré umožňujú meranie n v rôznych smeroch. V mnohých prípadoch (najmä pre tenké vrstvy anizotropných telies), keď je priestorové oddelenie dvoch lúčov také malé, že nie je možné zmerať nо a nе, sa merania uskutočňujú na základe pozorovania povahy polarizácie svetla pri prechode. cez vrstvu anizotropného materiálu.

Popis

Je možné zvoliť podmienky, za ktorých sa obyčajné a mimoriadne lúče šíria po rovnakej trajektórii, ale rôznou rýchlosťou. Potom sa pozoruje účinok zmeny polarizácie. Napríklad lineárne polarizované svetlo dopadajúce na platňu možno znázorniť ako dve zložky (obyčajné a mimoriadne vlny), ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Kvôli rozdielu v rýchlostiach týchto dvoch komponentov bude medzi nimi na výstupe z kryštálu nejaký fázový rozdiel a v závislosti od tohto rozdielu bude mať svetlo na výstupe rôznu polarizáciu. Ak je hrúbka platne taká, že na výstupe z nej jeden lúč zaostáva za druhým o štvrtinu vlny (štvrť periódy), potom sa polarizácia zmení na kruhovú (takejto platni sa hovorí štvrťvlna ), ak jeden lúč zaostáva za druhým o polovicu vlny, potom svetlo zostane lineárne polarizované, ale rovina polarizácie sa otočí o určitý uhol, ktorého hodnota závisí od uhla medzi rovinou polarizácie dopadajúceho svetla. lúča a roviny hlavného rezu (takáto platňa sa nazýva polvlnová platňa).

Povaha javu

Pozitívne a negatívne kryštály

Negatívne kryštály- jednoosové kryštály, v ktorých je rýchlosť šírenia obyčajného svetelného lúča menšia ako rýchlosť šírenia sa mimoriadneho lúča. V kryštalografii sa negatívne kryštály nazývajú aj tekuté inklúzie v kryštáloch, ktoré majú rovnaký tvar ako samotný kryštál.
Pozitívne kryštály- jednoosové kryštály, v ktorých je rýchlosť šírenia obyčajného svetelného lúča väčšia ako rýchlosť šírenia sa mimoriadneho lúča

pozri tiež

Literatúra

Sivukhin D.V. Kurz všeobecnej fyziky. - M.. - T. IV. Optika.
Landsberg G.S., Optika, 2004

Odkazy

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „dvojlom“ v iných slovníkoch:

Dvojlom- (schéma): smer MN optickej osi; o obyčajný lúč; Toto je mimoriadny lúč. DVOJITÝ LOM, štiepenie svetelného lúča pri prechode anizotropným prostredím. Objavený v roku 1670 dánskym fyzikom E. Bartholinom na kryštáli islandského... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

DVOJITÝ LOM, štiepenie svetelného lúča pri prechode anizotropným prostredím. Objavený v roku 1670 dánskym fyzikom E. Bartholinom na kryštáli islandského rákosu (CaCO3). V niektorých kryštáloch, ako je turmalín, je každý z rozvetvených... ... Moderná encyklopédia

Rozdvojenie svetelných lúčov pri prechode anizotropným prostredím (napríklad kryštálom) v dôsledku závislosti indexu lomu tohto prostredia od smeru elektrického prúdu. vektor svetelnej vlny (pozri KRYŠTÁLOVÁ OPTIKA, OPTICKÁ ANIZOTROPIA). V…… Fyzická encyklopédia

Bifurkácia svetelných lúčov pri prechode anizotropným prostredím (pozri Anizotropia), ku ktorej dochádza v dôsledku závislosti indexu lomu prostredia na smere intenzity elektrického poľa svetelnej vlny. Svetelná vlna v anizotropnej ... ... Veľký encyklopedický slovník

dvojlom- Bifurkácia svetelných lúčov počas lomu na hranici s anizotropným prostredím. [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 79. Fyzikálna optika. Akadémie vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1970] Témy: fyzikálna optika Zovšeobecnenie... Technická príručka prekladateľa

Štiepenie svetelných lúčov pri prechode cez opticky anizotropné prostredie (napríklad väčšina kryštálov), ku ktorému dochádza v dôsledku závislosti indexu lomu na elektrickom smere. vektor E svetelnej vlny. V jednoosovom kryštáli (pozri... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

Rozdelenie svetelného lúča v anizotropnom prostredí (napríklad v kryštáli) na dve zložky, šíriace sa rôznou rýchlosťou a polarizované v dvoch vzájomne kolmých rovinách. D. l. prvýkrát objavil a opísal profesor...... Veľká sovietska encyklopédia

Rozdvojenie svetelných lúčov pri prechode anizotropným prostredím (pozri Anizotropia), ku ktorému dochádza v dôsledku závislosti indexu lomu prostredia od polarizácie a orientácie vlnového vektora voči kryštalografickým osám, čiže... . .. encyklopedický slovník

dvojlom- Dvojlom Dvojlom Optický jav spôsobený prítomnosťou rôznych indexov lomu v kryštáli pre dve vzájomne kolmé orientácie roviny polarizácie svetla. Vo všeobecnosti dvojlomne...... Výkladový anglicko-ruský slovník o nanotechnológii. - M.

dvojlom- dvejopas spindulių lūžimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Anizotropinėje terpėje sklindančio šviesos spindulio skaidymasis į du spindulius. atitikmenys: angl. dvojlom; dvojitý lom vok.... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas