Одноосные и двухосные кристаллы

В кристалле имеются два направления, представляющие собой две оптические оси, ориентированные относительно электрических осей кристалла под определенным для данного вещества углом а (рис.9).

рис.9

Существуют, однако, такие кристаллы, у которых угол a = 0, т. е. обе оптические оси сливаются и при этом совпадают с одной из электрических осей. Кристаллы, обладающие одной оптической осью, называются одноосными. В одноосном кристалле один из лучей испытывает такое же преломление, как и луч света на границе раздела двух изотропных сред. Для него показатель преломления не зависит от направления распространения света в кристалле. Этот луч называется обыкновенным лучом (L₀).

рис. 6.10

Ему соответствует поверхность нормалей в виде сферы. Для другого луча преломление происходит так, что его показатель преломления не зависит от направления распространения света в кристалле. Он называется необыкновенным лучом (L_e). Для поверхности лучей получается соответственно сфера и эллипсоид. В двухосных кристаллах оба луча необыкновенные. Плоскость, проходящая через обе оптические оси двухосного кри­сталла, называют главным сечением кристалла.

Главным сечением одноосного кристалла называют плоскость, проходящую через направление луча и направление оптической оси кристалла. Таким образом, в двухосных кристаллах плоскости главного сечения имеют определенную ориентацию, задаваемую обеими оптическими осями.

В одноосном кристалле имеется бесчисленное множество ориентации главного сечения в зависимости от направления падающего на кристалл светового луча.

Если n₀ < n_e, n₀ > n_e, то кристалл называется положительным, и, наоборот, если n₀ > n_e, n₀ < n_e то кристалл называется отрицательным.

Явления в одноосных кристаллах позволяют наглядным образом уяснить вопрос с поляризацией в каждом из двух распространяющихся в них лучей.

В двухосных кристаллах оба луча света также поляризованы и колебания электрического вектора D в каждой из волн совершаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Вообще говоря, все поляризационные явления в двухосных кристаллах значительно сложнее, чем в одноосных. Рассмотрим теперь различные случаи преломления света в одноосных кристаллах. Анализ будем проводить на основе принципа Гюйгенса об элементарных волнах.

Схема преломления световых лучей на границе воздух – кристалл, когда оптическая ось кристалла 00¢ лежит в плоскости падения, образуя угол с преломляющей поверхностью, приведена на

рисунке 11.

рис. 11

Параллельный пучок лучей L₁, L₂,L ₃ (фронт волны DF) падает на поверхность раздела SS под углом i к нормали АN. Из всех точек поверхности кристалла SS распространяются элементарные гюйгенсовы волны (на рисунке показаны только две из них): S₁ и S₁¢ - сферы для обыкновенной волны, и S₂ и S₂¢ - эллипсоиды для необыкновенной волны. Огибающие плоскости Е₀ и Е_e образуют соответственно обыкновенную и необыкновенную волны в кристалле. Линии, проведенные из центров элементарных волн в точки касания, дают обыкновенный a₀ и необыкновенный a_e лучи. Обыкновенные лучи поляризованы так, что колебания совершаются перпендикулярно плоскости падения (что показано черными кружочками), у необыкновенных лучей колебания происходят в плоскости падения (отмечено стрелочками, перпенди­кулярными лучу).

На рисунке 6.12 изображен случай нормального падения параллельного пучка лучей на такую же поверхность кристалла, как и в случае рисунка 6.11. Но если здесь обыкновенные лучи не испытывают преломления, то необыкновенные лучи преломляются и при нормальном падении.

рис. 6.12

Схема нормального падения лучей на поверхность кристалла SS, когда оптическая ось параллельна этой поверхности, изображена на рисунке 6.13. Оба луча не испытывают здесь преломления, но идут с разной скоростью. Скорость распространения обыкновенной волны больше скорости распространения необыкновенной волны. Косое падение на поверхность кристалла, когда оптическая ось параллельна этой поверхности, рассмотрено на рисунке 6.15. Наконец, рисунок 6.12 относится к случаю косого падения света на кристалл с оптической осью, перпендикулярной плоскости падения (плоскости чертежа). Здесь колебания в необыкновенном луче совершаются перпендикулярно плоскости падения. Следует отметить, что для этого частного случая закон преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей имеет обычный характер с тем лишь различием, что показатели преломления обоих лучей неодинаковы.

рис. 13

рис. 14

Разобранные выше случаи соответствуют преломлению света в положительном кристалле. В отрицательном кристалле преломление происходит аналогично с той лишь разницей, что там,

рис. 6.15

где у положительного кристалла сильнее преломлялся необыкновенный луч, у отрицательного будет сильнее преломляться обыкновенный луч, и наоборот.