> Техника, страница 41 > Двойное лучепреломление
Двойное лучепреломление
Двойное лучепреломление, распадение пучка света, идущего в анизотроп ной среде, на два компонента, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Мерою Д. л. (в данном направлении) является разность показателей преломления двух компонентов: А=пс — п„. В некоторых случаях (например в крист исландского шпата) Д. л. настолько велико, что оно непосредственно обнаруживается пространственным разделением компонентов, откуда и происходит самое название явления. Обыкновенно в анизотропных средах (особенно в тонких слоях) пространственное разделение не заметно, и Д. л. обнаруживается только путем соответству-* ющего оптич. анализа по различным поляризационным и хроматическим явлениям, а в окрашенных анизотропных средах—по дихроизму (смотрите).
Анизотропия среды м. б. природной, как в крист всех систем за исключением кубической,и случайной (иногда временной), как в стеклах, подвергаемых неравномерным механич. деформациям или закалке, или лее в жидкостях, находящихся в элек-трич. поле, или в текущих жидкостях. Во всех случаях анизотропия сопровождается Д. л. Наиболее изучено (с формальной стороны) Д. л. в крист, к частности в исландском шпате (СаС03), нашедшем широкое применение при изготовлении поляризационных призм. Исландский шпат кристаллизуется в ромбоэдрах гексагональной системы; одна из наиболее часто встречающихся его форм изображена ниже. В 2 противолежащих вершинах А и В встречаются по 3 равных тупых угла по 101°53, через эти вершины проходит главная криста л-л о г р а ф и ч. и оптическая ось кристалла; при распространении спета вдоль этой оси Д. л. не происходит. Плоскости, проходящие через ось или через направление, ей параллельное, и перпендикулярные к одно ι из граней кристалла, называются г л а в п ы λι и сече н и я м и кристалла. Д.л. в одноосных крист происходит так,что один из лучей подчиняется законам преломления,то есть имеет постоянный показатель преломления при любых углах падения и поляризован в плоскости главного сечения; т. о., колебания происходят в нем перпендикулярно к этой плоскости (о б ы к ноне н-ный луч). Второй луч законам преломления не подчиняется, и колебания его происходят и плоскости главного сечения (н е о б ы к п о-в е и н ы и л у ч).
Для нахождения направления обоих лучей в кристалле можно воспользоваться простым геометрическим построением, предложенным еще Гюйгенсом. Обыкновенному лучу соответствует сферическая волна, необыкновенному—эллипсоидальная (эллипсоид вращения). Строя
Т е х и и ч е с к п е дан и ы е двоил ь н ы х м а ш и и.
| Название машины | Длина разреза в миллиметров | IP | Число выраб. кож в день | Число оборотов приводи, шкива в мин. | Вес в килограммах |
| ( | 1 325 | 1 | 350 мелких ι | 1 000 | |
| Юнион.. { | 1 600 | 1 | G0 крупн. ( | 1 200 | |
| 1 | 2 000 | 1’/. | 80 » | — | 1 350 |
| ( | 1 520 | з 1 | 2 8J0 | ||
| Пснточная | 1 850 | 8", 1 | От 200 до ι | 230 (нож) | 3 000 |
| 2 180 | 4/> ( | 300 круНИ. | 46j (точило) | 3 550 | |
| 1 | 2 720 | 5 J | j | 3 800 |
Q
j
Фигура 4.
по принципу Гюйгенса элементарные волны, можно по огибающим эти волны двум поверхностям найти направления обоих лучей. Если в кристалле скорость обыкновенного луча больше, чем необыкновенного (то есть сфера охватывает эллипсоид),—кристалл называется положительн ы м (кварц, лед и т. д.); в противном случае кристаллы называются отрицатель и ы м и (исландск. шпат, рубин и т. д.). Одноосные кристаллы являются частным, особенно простым случаем анизотропной среды. Значительно сложнее Д. л. проявляется в двуосных крист (аррагонит, слюда, гипс, сахар и т. д.) с двумя направлениями, вдоль которых Д. л. не происходит, а по остальным направлениям оба луча являются необыкновенными, то есть не подчиняются законам преломления; в этих крист наблюдается также особый случай преломления, т. и. коническая рефракция.
Особенности распространения света в крист связаны с тем, что в анизотропной среде, вообще говоря, направление луча (то есть направление распространения энергии) не совпадает с направлением нормали к волновой поверхности. Теория Д. л., данная впервые Френелем, м. б. выведена на основании ур-ий Максвелла, составленных для анизотропной среды и отнесенных к осям электрической симметрии. Если где Sj, fj и е3 — диэлектрические постоянные вдоль осей электрической симметрии и с— скорость света,—то скорость v распространения в направлении волновой нормали, определяемой косинусами т, п и р, связана уравнением:
m -t- n* i=о а» - и“ “ в“- υ* "и с“- о“
(закон Френеля). Это ур-ие—квадратное относительно г>2, то есть каждому данному направлению нормали соответствуют две разные скорости v. Величины А, В, С называются г л а в и ы м и с в е т о в ы ми скоростями. Закон Френеля и лежит в основе теории Д. л. Распадение светового пучка на два, при распространении в анизотропной среде, связано с тем, что для каждого данного направления падающего луча существуют только два направления в среде, по которым могут распространяться поперечные волны, притом поляризованные определенным образом (разумеется, всегда возможно подобрать такой поляризованный падающий луч, который пройдет через кристалл без Д. л.).
Сумма энергий обоих лучей равна энергии падающего света (если не считать потерь при отражении). При распадении поляризованного луча на два компонента при Д. л., энергия компонентов выразится след, обр.: «2 sin2 а и a2 cos2 а, где а—угол, образуемый направлением колебаний первоначального луча с направлением колебаний одного из компонентов, и а2—энергия первоначального луча (закон Малюса). Оба луча при Д. л. поляризованного света произошли от одного,т.е. к о г е р е и т н ы. Есликаким-ли-бо способом (наир., при помощи поляризаци онной призмы) выделить компоненты обоих лучей с колебаниями в одной плоскости и заставить их встретиться то, благодаря когерентности, произойдет интерференция, и лучи усилят или ослабят друг друга. При освещении белым светом при этом процессе будут происходить хроматин, явления, т. к. при взаимном ослаблении одних волн другие, наоборот, взаимно усиливаются (смотрите Поляризация хроматическая). Лучи, обыкновенный и необыкновенный, распространяются в анизотропной среде с различными скоростями; поэтому по выходе из среды они обладают некоторой разностью хода. Можно достигнуть, например, разности хода в четверть волны; тогда два линейно поляризованных луча, слагаясь, образуют луч, поляризованный по кругу. Для этой цели часто применяют листочки слюды (пластинки в «четверть волны»).Интерференцион. явления используются для точных определений Д. л. (смотрите Компенсаторы и Поляризационные приборы).
Явление Д. л. в крист использовано при построении разнообразных научных и технич. оптич. приборов. Д. л. в жидкостях в электрич. поле успешно применяется в последнее время для передачи изображений на расстояние, для говорящего кино и т. д. Д. л., появляющееся в стекле при закалке, служит удобным признаком для обнаружения опасных натяжений в стеклянной посуде, электрич. лампочках и т. д. Для этой цели различными оптическими фирмами выпущены поляризационные приборы, позволяющие производить быструю качественную оценку натяжений по цвету интерференционной картины, возникающей благодаря Д. л. Наконец, Д. л. позволяет изучать на прозрачных моделях из стекла или целлю-лоида натяжения, которые возшпсают при различных деформациях в машинах, частях построек и т. д. Цветные картины, получаемые от таких деформируемых моделей, с помощью очень простых поляризационных приборов дают возможность быстрого качественного и количественного изучения натяжений и освобождают от сложных, иногда невыполнимых расчетов.
Лит.: Зайцев А. К., Оптический метод изучения напряжений, Л. 1927; Drude 1’. Lehrbuch der Optik. bearb. v. Gehrcke, 3 Auli. Lpz., 1913: Drude P. u. W a t t b a u e r A., Doppelbrechung, Handbueh der physikalischen Optik, herausgegeben. E. Gehrcke. В. 1. Leipzig. 1927. С. Вавилов.