Жарық сәулесінің қосарланып сынуы

 

 

 

              Сонымен, изотроп ортадағыдай емес D, E және s векторларының бағыттары бip-бipiмeн дәл келмейді (5.8-сурет). Есептеулер нәтижесінде D векторы толқын бетінің п нормаліне перпендикуляр, ал Е векторы жарық энергия

 

ағынының бағытын анықтайтын S Умов — Пойнтинг векторына перпендикуляр болатындығы анықталды (осы векторлардың барлығы жалпы жазықтықта жатады және Н магнит кернеулік векторына перпендикуляр). Ал бұл жарықтың таралу шартын күрделендіреді, сондықтан біз қарапайым жағдайды ғана қарастырып қоямыз.

              Оптикалық oci бетіне параллель болатындай етіп өңделген кристалдың жазық қырына нормаль өте жіңішке жарық шоғы туссін делік (5.9-сурет).

Қарастырылып отырған сәуле үшін сурет жазықтығы бас жазықтық болып есептеледі. Гюйгенс принципіне сүйенсек, кәдімгі сәуленің екінші ретті толқынының беті радиусы v₀t болатын жартылай шеңбер түрінде көрсетіледі, мұндағы t— жарықтың кристалдағы таралу уақыты. Өзгеше сәуленің толқын бeтi жартылай эллипс түрінде көрсетіледі. Егер өзгеше сәуле баяу таралса, онда жартылай эллипс жартылай шеңберге іштей сызылған болады (5.9, а-сурет) және онымен диаметр шеттерінде (яғни, оптикалық осьте) жанасу нүктелері болады. Бұл сәуленің ең аз v_e жылдамдығы оптикалық оське перпендикуляр бағытта болады. Басқа бағыттарда өзгеше сәуле жылдамдығы v_e < v'_е < v_o аралығында үздіксіз өзгереді. Мұндай кристалл анықтама бойынша “теріс” деп аталады. Егер өзгеше сәуле жылдамдығы кәдімгі сәуле жылдамдығынан артық болса ("оң" кристалл), онда жартылай шеңбер жартылай эллипске жазылған болады және ең үлкен жылдамдық v_e жартылай үлкен жарты oсінің бойымен бағытталған (5.9, б-сурет). п₀ жэне п_е арасындағы айырмашылық әжептәуір болады. Исланд шпаты үшін п₀ = 1,66, n_e  — 1,49 ( лямбда =555 нм); кварц үшін п_о = 1,544,  n_e = 1,553.

              Егер 5.9-суретте түсетін сәуле айналасында айналдырсақ, онда жарты шеңбер жартылай сфераға, ал жартылай эллипс жартылай эллипсоидқа айналады. Бұл кристалдың шын қасиеттеріне сәйкеседі.

 

Кристалл ішіндегі жарық таралуының кейбір кең тараған қарапайым жағдайларын қарастырайық,.

а) Егер а сәуле оптикалық оське параллель болса (5.10-сурет), онда бас жазықтықтың орны анықталмаған. Жеке алғанда, сурет жазықтығы бас жа- зықтық болып табылады, бірақ оған перпендикуляр жазықтықта бас жазықтық болады. Кез келген поляризациясы бар сәулелердің таралу шарты бірдей және олар қосарланбайды.

б) Егер сәуле оптикалық оське перпендикуляр болса, онда бас жазықтықта жататын электр векторы оське параллель болады. Оське перпендикуляр электр векторы бас жазықтыққа нормаль жазықтықта жатады, сондықтан жарық толкынының электр өрісінің бұл құраушылары үшін таралу шарты бірдей емес: сәулелер eкігe бөлінбейді, бірақ таралу жылдамдығы әр түрлі болады.

в) Егер b сәуле оптикалық оське epіктi бұрышпен келсе, онда жоғарыда көрсетілген құраушылардың таралу шарты дәл сол сияқты бірдей емес, яғни сәулелер әр түрлі бағытта әр түрлі жылдамдықтармен таралады.

              Дегенмен, оптикалық оське перпендикуляр болатын электр векторы бар сәулелер барлық  жағдайларда болатындығын оңай көруге болады, оның таралу заңдылығы таралу бағытына тәуелді болмауы тиіс; бұл кәдімгі сыну заңдарына бағынатын кәдімгі сәуле (Ео).

              Екіншіден, өзгеше сәуле барлық үш жағдайда да әр түрлі күйлерде болады (кристалдың оптикалық қасиеттері изотропты емес), сондықтанда оның таралу шарты күрделі(Е_е).

              Енді қалыңдығы A, бeттepi оптикалық оське қарағанда әр түрлі бағдарланған пластинкаға түсетін толқын шебінің шектелген беті үшін Гюйгенс принципін қолданамыз. Осы кезде v_e<v_o делік (5.11-сурет).

а) Кристалл oci шоқ бағытына параллель. Eceптi шешу үшін жарық шоғының ең шеткі нүктелері үшін толқын бетін тұрғызса жеткілікті. Кәдімгі және өзгеше толқындардың толқын шебтері (5.11, а-сурет) ось бойымен бip жылдамдықпен таралады және кристалдың қарама-қарсы қырына бip мезгілде жетеді. Бұл мезгілде ешқандай

 

сәулелердің қосарлануы болмайды және олар кристалдан бip мезгілде шығады.

б) Егер кристалды ось кристалл қырларына параллель болатындай eтіп ендесе (5.11, б-сурет), онда кәдімгі және өзгеше толқындардың таралу жылдамдығы әр түрлі, бірақ, олардың бағыттары бірдей болады. Кристалдан бағыттары бірдей, біpaқ фазалар айырымдары мынаған тең сәулелер шығады:

                                                    

мұндағы to жане t_e— eкі сәуленің кристалл калыңдығын етуге кететін уақыты, Т — толқын периоды.

Бұл өрнекті басқаша мына түрде де жазуға болады:

   

Қос фазалар айырымын сезбейді. Өзара перпендикуляр тербелістердің энергия қосындысы олардың фазалар айырымына тәуелсіз, ал Е₀ және Ее векторларының тербелістері өзара перпендикуляр болғандықтан, пластинка артына қойылған экранда ешқандай интерференциялык сурет алынбайды. Бірақ арнайы әдістермен фазалардың ығысуын байқауға болады.

в) Ең соңында айта кететін нәрсе, егер оптикалық ось кристалл қырына көлбеу болса (5.11, в-сурет), онда пластинка қырына параллель келетін жазық толқындар бeттepi (элементар сфералық және эллипсоидалық; беттерді орау- шылар) пластинканың төменгі қырына фазалар ығысуымен жетеді (уақыт бойынша). Бұл кезде кәдімгі сәулелер сынбай тарайды. Ал өзгеше сәулелер — А нүктелері мен (эллипстердің  геометриялық бас осьтерінің қиылысу

нүктелері) В нүктелерінің (толқын беттермен төменгі қырдың жанасу нуктелері) арасын қосатын түзулер — енді өзгеше толқындар бетіне перпендикуляр болмайды: өзгеше сәулелердің сынуы пайда болады және кристалл ішінде өзгеше шоқ кәдімгі шоққа қарағанда ығысады. Өзгеше сәулелер төменгі қырдан тағы біp рет сынады да, кристалдан төменгі қырга перпендикуляр болып шығады. Кәдімгі сәуле мен өзгеше сәуленің кристалл ішінде пайда болған кеңістіктік бөлектенуі одан шыққаннан кейін де сақталады. Сонымен қатар кристалл қырына параллель жазықтықтарда eкі шоқтың да сыртқы кеңістіктерде уақыт бойынша ығысуы болады.

             Жоғарыда қарастырылған екі шоқтарды кеңістікте бөлу мүмкіндігі әр түрлі кристалдық құралдарда сызықты поляризацияланған жарық алу үшін қолданылады. Оқу процесінде олардың орнына үлкен өлшемді поляроидтар қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дереккөздер:

 

Абдуллаев Ж.  «Жалпы физика курсы»

Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н.  «Жалпы физика курсы. Оптика»

С. Түяқбаев, Ш. Насохова, Б. Кронгарт «Физика»