1669 წელს დანიელმა მეცნიერმა ერაზმუს ბართოლინმა აღმოაჩინა, რომ თუ რომელიმე ობიექტს ისლანდიური სპარის კრისტალით უყურებთ, მაშინ ბროლისა და ობიექტის გარკვეულ პოზიციებზე, ობიექტის ორი გამოსახულება ერთდროულად ჩანს. ამ ფენომენს ე.წ ორმაგი რეფრაქციის ფენომენი.
ამ ფენომენის ბუნების ახსნა 1690 წელს კრისტიან ჰაიგენსმა მისცა ნაშრომში „ტრაქტატი სინათლის შესახებ“.
თანამედროვე ინტერპრეტაციით, ფენომენის ბუნების ახსნა შემდეგია.
სინათლე, რომელიც შედის ორგამრღვევ ნივთიერებაში, იყოფა ორ სიბრტყეზე პოლარიზებულ სხივად ორმხრივ პერპენდიკულარულ სიბრტყეებში.
ზოგადად, ეს სხივები სხვადასხვა მიმართულებით ვრცელდება.
თუმცა, ნებისმიერ ორგანმცდელ ნივთიერებაში არის ერთი ან ორი მიმართულება, რომლებზეც ორივე სხივი ერთი და იგივე სიჩქარით ვრცელდება.
ამ მიმართულებებს ე.წ ოპტიკური ღერძები.
ღერძების რაოდენობის მიხედვით, ორმხრივი გამანადგურებელი ნივთიერებები იყოფა ცალღერძიან და ბიაქსიალურებად. ჩვენ განვიხილავთ მხოლოდ ცალღერძულ ორრეფრინგენტულ მასალებს.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ვექტორული რხევების მიმართულებები ესიბრტყის პოლარიზებული სხივები, რომლებიც წარმოიქმნება ორმაგდნობითი ნივთიერების შიგნით, ყოველთვის გარკვეულწილად არის ორიენტირებული. ერთ-ერთ მათგანს აქვს ვექტორული რხევები ეპერპენდიკულარულია იმ სიბრტყეზე, რომელშიც დევს დაცემის სხივი და ოპტიკური ღერძი (ამ სიბრტყეს ჩვეულებრივ ე.წ. მთავარი განყოფილება). მეორე არის ძირითადი მონაკვეთის პარალელურად.
ამ სხივების გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებულია ვექტორს შორის არსებულ კუთხეზე ედა ოპტიკური ღერძი.
სხივში ვექტორთან ე, მთავარი მონაკვეთის პერპენდიკულარული, შორის კუთხე ედა ოპტიკური ღერძი არ არის დამოკიდებული სხივის დაცემის კუთხეზე. დაცემის ნებისმიერი კუთხით, ვექტორი ეოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული.
ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერი დაცემის კუთხით, მას აქვს იგივე სიჩქარე.
ვინაიდან ნივთიერების სინათლის სიჩქარე დაკავშირებულია ამ ნივთიერების რეფრაქციულ ინდექსთან, ამ სხივისთვის ორმხრივი ნივთიერების გარდატეხის ინდექსი ასევე არ არის დამოკიდებული დაცემის კუთხეზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს სხივი იქცევა ისე, როგორც ჩვეულებრივ იზოტროპულ გარემოში.
ამიტომ მას უწოდებენ ჩვეულებრივი. შემდეგი ვექტორი ეჩვეულებრივი სხივი დაინიშნება ე ო.
მეორე სხივი ე.წ არაჩვეულებრივი, ვინაიდან მისთვის არის კუთხე ვექტორის რხევების მიმართულებას შორის მისი(შემდგომში ვექტორი ეაღინიშნა არაჩვეულებრივი სხივი მისი) და ოპტიკური ღერძი დამოკიდებულია დაცემის კუთხეზე (იხ. სურათი). ამიტომ, დაცემის სხვადასხვა კუთხით, ის ვრცელდება სხვადასხვა სიჩქარით და აქვს სხვადასხვა რეფრაქციული ინდექსი, რაც, ზოგადად, უჩვეულოა.
დაე, სიბრტყით პოლარიზებული სინათლე დაეცეს ორგამტეხი ნივთიერების სიბრტყის პარალელურ ფირფიტაზე.
ამ შემთხვევაში, ძირითადი მონაკვეთის სიბრტყე პერპენდიკულარულია ფირფიტის ზედაპირზე.
ფირფიტის შიგნით შემხვედრი სხივი იყოფა ორ სიბრტყე პოლარიზებულ სხივად, რომელთაგან ერთი პოლარიზებულია ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულად (ჩვეულებრივი სხივი), ხოლო მეორე პარალელური (არაჩვეულებრივი სხივი).
ბუნებრივია, ეს სხივები ფაზაში იქნება ფირფიტის შესასვლელთან.
ფირფიტის შიგნით, ამ სხივების რეფრაქციულ მაჩვენებლებს განსხვავებული მნიშვნელობები აქვთ ( ნო და ნე).
ეს ნიშნავს, რომ თუ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივები ერთსა და იმავე მანძილზე გადის ფირფიტის შიგნით (მაგალითად, დ- ფირფიტის სისქე), მაშინ ისინი აღარ იქნებიან ფაზაში. მათ ექნებათ ფაზის სხვაობა Dj ტოლი კ o( n o d – n e d). Აქ კ o არის ვაკუუმის ტალღის რიცხვი.
თუ ფირფიტიდან გამომავალი სხივების ფაზური სხვაობა არის 2p-ის ჯერადი, ვექტორის რხევის სიბრტყის ორიენტაცია ეარ შეიცვლება. ფირფიტის უკან შუქი პოლარიზდება ისევე, როგორც მის წინ.
თუ ფაზური სხვაობა არის კენტი რიცხვის p-ის ჯერადი, ვექტორის რხევის სიბრტყე ე ფირფიტის უკან ბრუნავს 90°-ით, მაგრამ სინათლე მაინც სიბრტყით პოლარიზებული იქნება.
თუ ფაზის განსხვავება აღმოჩნდება ტოლი p / 2, მაშინ ფირფიტის უკან შუქი აღმოჩნდება პოლარიზებული წრეში. ამ სისქის ფირფიტებს ე.წ მეოთხედი ტალღა.
წრიულად პოლარიზებული სინათლის მეორე მეოთხედი ტალღის ფირფიტის გავლით ფაზური სხვაობა p/2-ს შეადგენს. ეს გამოიწვევს წრიულად პოლარიზებული სინათლის ტრანსფორმაციას სიბრტყე პოლარიზებულ სინათლედ, რომლის პოლარიზაციის სიბრტყე ბრუნავს 90°-ით პირველ ფირფიტაზე შუქის ინციდენტთან შედარებით*.
ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების ტალღის ზედაპირებს განსხვავებული ფორმები აქვთ.
ჩვეულებრივ სხივში ეს, რა თქმა უნდა, სფეროა - ჩვეულებრივი სხივი ყველა მიმართულებით ერთი და იგივე სიჩქარით ვრცელდება.
არაჩვეულებრივში, ტალღის ზედაპირი არის ელიფსოიდი - მისი სიჩქარე განსხვავებულია სხვადასხვა მიმართულებით.
ვინაიდან როგორც ჩვეულებრივი, ისე არაჩვეულებრივი სინათლის ტალღები ოპტიკური ღერძის გასწვრივ ერთი და იგივე სიჩქარით ვრცელდება, მათი ტალღის ზედაპირები ოპტიკურ ღერძთან გადაკვეთის წერტილებს ეხება.
განვიხილოთ ბუნებრივი სინათლის ტალღის ინციდენტი კრისტალური ორფრაგენტული ფირფიტის ზედაპირზე.
დაე, ფირფიტის ოპტიკური ღერძი იყოს ფირფიტის ზედაპირის პარალელურად.
ბუნებრივი სინათლის სხივი ხვდება ადგილზე მაგრამ, აღაგზნებს ორ მეორად სინათლის ტალღას - ჩვეულებრივ და არაჩვეულებრივ.
მათ ფრონტებს აქვთ ნახატზე ნაჩვენები ფორმა.
წერტილებს შორის აღგზნებული მეორადი ტალღების სხივები მაგრამდა AT, პერპენდიკულარულია ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღების ტალღის ზედაპირებზე, რომლებიც შეიძლება აშენდეს წერტილიდან ნახაზით ATწერტილში გამავალი ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივებით წარმოქმნილი თითოეული ტალღის ზედაპირის ტანგენსი მაგრამ.
ნახატზე ნაჩვენები კონსტრუქციიდან ჩანს, რომ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღები ბროლის შიგნით სხვადასხვა მიმართულებით ვრცელდება. ამ თვისებაზეა დაფუძნებული პოლარიზებული მოწყობილობების მოპოვების მრავალი მეთოდი - ერთ-ერთი სხივის (ჩვეულებრივი ან არაჩვეულებრივი) მოწყვეტით, შესაძლებელია თვითმფრინავის პოლარიზებული სინათლის მიღება.
დასასრულს, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ კრისტალური ნივთიერებები, როგორიცაა კვარცი და ისლანდიური სპარი, ორმხრივი გამანადგურებელია.
გარდა ამისა, ასიმეტრიული მოლეკულების მქონე ნივთიერებები, რომლებიც ორიენტირებულია მოწესრიგებულად ნებისმიერი მიმართულებით, შეიძლება იყოს ორმხრივი რეფრინგიტი. ეს შეიძლება იყოს სითხეები და ამორფული სხეულები, რომლებშიც მოლეკულების ორიენტაცია ხდება გარე გავლენის გამო (მექანიკური სტრესი, გარე ელექტრული ან მაგნიტური ველები).
| |
Კვანტური მექანიკა
კლასიკური ფიზიკის კრიზისი
მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს. ფიზიკაში არის საინტერესო სიტუაცია. მეცნიერებს სჯეროდათ, რომ კლასიკური ფიზიკის წვრილი ნაგებობა დასრულებამდე იყო. ჩანდა, რომ დარჩა რამდენიმე უმნიშვნელო ეფექტის ახსნა ... და ფიზიკის განვითარება დასრულდებოდა.
თუმცა მეცხრამეტე და მეოცე საუკუნეების მიჯნაზე. გაკეთდა რამდენიმე აღმოჩენა, რომლის ახსნა შეუძლებელია კლასიკური ფიზიკის თვალსაზრისით. ამ აღმოჩენებმა წარმოშვა კლასიკური ფიზიკის კრიზისი, რამაც, თავის მხრივ, რევოლუცია მოახდინა მეცნიერებაში და დასაბამი მისცა კვანტურ ფიზიკას.
თერმული გამოსხივება
თერმული გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც გამოიყოფა ნივთიერების მიერ მისი შინაგანი ენერგიის გამო.
თერმული გამოსხივება ასხივებს ყველა სხეულს, რომლის ტემპერატურა განსხვავდება აბსოლუტური ნულიდან.
თერმული გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური ტალღების სუპერპოზიცია, რომელთა სიგრძე ფართო დიაპაზონშია. თერმული გამოსხივების სპექტრი უწყვეტია.
თერმული გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე - რაც უფრო მაღალია სხეულის ტემპერატურა, მით მეტია მასში მოკლეტალღური გამოსხივების წილი.
თქვენ კარგად იცით, რომ ინკანდესენტურ სხეულებს შეუძლიათ ბრწყინავდნენ. ეს ნიშნავს, რომ ასეთი სხეულის თერმული გამოსხივება შეიცავს ხილულ ტალღებს.
სიკაშკაშის ფერი ტემპერატურაზე იქნება დამოკიდებული. მაგალითად, სხეული შეიძლება გაცხელდეს თეთრად ცხლად. გაგრილების შემდეგ სხეული შეიცვლის ფერს წითლად, შემდეგ კი საერთოდ შეწყვეტს ნათებას, თუმცა მაინც საკმაოდ ცხელა.
სხეული შეწყვეტს ნათებას, მაგრამ გამოასხივებს ენერგიას - შეგიძლიათ იგრძნოთ მისგან მომდინარე სითბო. ეს ნიშნავს, რომ სხეული ასხივებს ინფრაწითელ დიაპაზონში.
უფრო ცივი სხეულები ძირითადად ასხივებენ იმ დიაპაზონში, რომელსაც ჩვენი გრძნობები არ აღვიქვამთ, ამიტომ ჩვენ ამას ვერ ვგრძნობთ.
ორმაგი რეფრაქცია
პოლარიზებული სინათლის მისაღებად ასევე გამოიყენება ორმხრივი შეფერხების ფენომენი.
„ისლანდიიდან, კუნძულიდან, რომელიც მდებარეობს ჩრდილოეთ ზღვაში, 66 ° განედზე, - წერდა ჰიუგენსი 1678 წელს, - ჩამოიტანეს ქვა (ისლანდიური სპარი), რომელიც ძალზე გამორჩეული იყო თავისი ფორმით და სხვა თვისებებით, მაგრამ ყველაზე მეტად მისი. უცნაური რეფრაქციული თვისებები".
თუ რომელიმე წარწერაზე ისლანდიური სპარის ნაჭერი დაიდება, მაშინ მისი მეშვეობით ორმაგ წარწერას დავინახავთ (სურ. 133).
ბრინჯი. 133. ორმაგი რეფრაქცია.
გამოსახულების ბიფურკაცია ხდება იმის გამო, რომ ბროლის ზედაპირზე თითოეული სხივი შეესაბამება ორ რეფრაქციულ სხივს. ნახ. 134 გვიჩვენებს შემთხვევას, როდესაც დაცემის სხივი ბროლის ზედაპირზე პერპენდიკულარულია; შემდეგ სხივი o, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ, გადის კრისტალში შეუფერხებლად, ხოლო სხივი O, რომელსაც არაჩვეულებრივი ეწოდება, მიდის ნახ. 134.
ბრინჯი. 134. სხივების ბილიკი ორგაფრქვევაში.
სხივების სახელები ნათელია: ჩვეულებრივი სხივი იქცევა ისე, როგორც ჩვენ შეიძლება ველოდოთ მას გარდატეხის ცნობილი კანონების საფუძველზე. არაჩვეულებრივი სხივი, თითქოსდა, არღვევს ამ კანონებს: ის ეცემა ნორმალურად ზედაპირზე, მაგრამ განიცდის გარდატეხას. ორივე სხივი გამოდის კრისტალიდან, როგორც სიბრტყის პოლარიზება, და ისინი პოლარიზებულნი არიან ურთიერთ პერპენდიკულარულ სიბრტყეებში. ამის დადასტურება ძალიან მარტივი ექსპერიმენტით შეიძლება. ავიღოთ რამდენიმე ანალიზატორი (მაგალითად, ფეხი) და გადავხედოთ ბროლის მიერ მოცემულ ორმხრივ სურათს. ფეხის გარკვეულ პოზიციაზე ჩვენ დავინახავთ მხოლოდ ერთ სურათს, მეორე გაუქმდება. როდესაც ფეხი 90°-ით ბრუნავს მხედველობის ხაზთან, ეს მეორე სურათი გამოჩნდება, მაგრამ პირველი გაქრება. ამრიგად, ჩვენ ნამდვილად დარწმუნებული ვართ, რომ ორივე სურათი არის პოლარიზებული და ზუსტად ისე, როგორც ეს იყო მითითებული.
საინტერესოა, რომ 1808 წელს მალუსმა სრულიად შემთხვევით ჩაატარა მსგავსი ექსპერიმენტი და აღმოაჩინა სინათლის პოლარიზაცია მინისგან ასახვისას. პარიზში, ლუქსემბურგის სასახლის ფანჯრებში ისლანდიური სპარის ნაჭერს ათვალიერებდა მზის ჩასვლის ანარეკლს, გაკვირვებული აღმოაჩინა, რომ ორმაგი რეფრაქციის შედეგად მიღებულ ორ სურათს განსხვავებული სიკაშკაშე ჰქონდა. ბროლის როტაციისას მალუსმა დაინახა, რომ სურათები მონაცვლეობით უფრო კაშკაშა ხდებოდა, შემდეგ კი ქრებოდა. თავდაპირველად, მალუსმა გადაწყვიტა, რომ ატმოსფეროში მზის სინათლის რყევები აქ გავლენას ახდენდა, მაგრამ ღამის დაწყებისთანავე მან გაიმეორა ექსპერიმენტი წყლის ზედაპირიდან არეკლილი სანთლის შუქით, შემდეგ კი შუშით. თუმცა ორივე შემთხვევაში ეფექტი დადასტურდა. მალუსს ეკუთვნის სინათლის ტერმინი „პოლარიზაცია“.
ახლა მივმართოთ ორმაგი რეფრაქციის ფენომენის უფრო დეტალურ ანალიზს. თუ შევცვლით სხივის დაცემის კუთხეს ბროლის ზედაპირზე, მაშინ გამოვლინდება არაჩვეულებრივი სხივის ახალი საყურადღებო თვისება. გამოდის, რომ მისი რეფრაქციული ინდექსი არ არის მუდმივი, მაგრამ დამოკიდებულია დაცემის კუთხეზე. ვინაიდან კრისტალში გარდატეხილი სხივის მიმართულება ასევე დამოკიდებულია დაცემის კუთხეზე, ეს თვისება ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: არაჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსი დამოკიდებულია მის მიმართულებაზე კრისტალში. საბოლოოდ, გარდატეხის ინდექსიდან გავრცელების სიჩქარეზე გადასვლისას, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კრისტალში არაჩვეულებრივი სხივის სიჩქარე დამოკიდებულია მისი გავრცელების მიმართულებაზე.
ამ საბოლოო ფორმულირებაში, ბროლის ოპტიკური თვისებები ემთხვევა მის სხვა თვისებებს: ბროლის დიელექტრიკული მუდმივი, თერმული კონდუქტომეტრული და ელასტიურობა ასევე არ არის იგივე სხვადასხვა მიმართულებით. კრისტალის ოპტიკური და ელექტრული თვისებების ანიზოტროპიას შორის შესაბამისობა საკმაოდ ნათელი ხდება, თუ გავიხსენებთ, რომ სინათლის სიჩქარე უკუპროპორციულია საშუალო დიელექტრიკული მუდმივის კვადრატული ფესვის. ამიტომ, მკაცრად რომ ვთქვათ, სინათლის ტალღის გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებულია არა გავრცელების მიმართულებაზე, არამედ სინათლის ტალღის ელექტრული ველის მიმართულებაზე. მაშინაც კი, თუ ორმხრივად პერპენდიკულარულ სიბრტყეში პოლარიზებული ორი სინათლის ტალღა ერთი და იმავე მიმართულებით გავრცელდება კრისტალში, მათი სიჩქარე განსხვავებული იქნება (გარდა ზოგიერთი განსაკუთრებული შემთხვევისა). ორი ასეთი ტალღის მაგალითია არაჩვეულებრივი და ჩვეულებრივი სხივები.
თუ ისლანდიური სპარის ზედაპირზე მდებარე წერტილიდან დავხატავთ კრისტალის შიგნით რადიუს-ვექტორებს, რომელთა სიდიდე შესაბამისი მიმართულებით სინათლის სიჩქარის პროპორციულია, მაშინ მათი ბოლოები ელიფსოიდის ზედაპირზე იქნება. რევოლუცია. ეს უდრის იმ ფაქტს, რომ წერტილიდან გავრცელებულ სინათლის რხევების ტალღურ ზედაპირს აქვს ელიფსოიდური ფორმა, განსხვავებით სფერულისგან ამორფულ სხეულში გავრცელებისას. რა თქმა უნდა, მუდმივად ვსაუბრობთ არაჩვეულებრივ სხივზე. ჩვეულებრივი სხივები აშკარად ქმნიან სფერულ ტალღოვან ზედაპირს. ამრიგად, კრისტალში გვაქვს ორი სახის ტალღის ზედაპირი: ელიფსოიდები და სფეროები. ეს ელიფსოიდები და სფეროები ეხებიან სწორ ხაზებზე მდებარე წერტილებს, რომლებსაც ბროლის ოპტიკურ ღერძებს უწოდებენ.
ნათელია, რომ სინათლე ვრცელდება ოპტიკური ღერძის მიმართულებით სიჩქარით, რომელიც სრულიად დამოუკიდებელია პოლარიზაციის მდგომარეობიდან. ისლანდიურ სპარში ოპტიკური ღერძის მხოლოდ ერთი მიმართულებაა - ცალღერძიანი კრისტალი.
ჰაიგენსის პრინციპზე დაფუძნებული მარტივი გრაფიკული მეთოდის გამოყენებით, ჩვენ ვაშენებთ როგორც ჩვეულებრივი, ისე არაჩვეულებრივი სხივების რეფრაქციულ ტალღას. ერთი ტალღა იქნება ტანგენსი ელემენტარული სფეროების სერიაზე, მეორე კი ელიფსოიდების სერიაზე. ჩვენ ვხედავთ, რომ ამ ორ სიბრტყე ტალღას შორის წარმოიქმნება კუთხე, რომელიც შეესაბამება კუთხის წარმოქმნას გარდატეხილ სხივებს შორის, ე.ი.
ბრინჯი. 5. ჰაიგენსის კონსტრუქცია კრისტალში.
კრისტალში იზოტროპული გარემოსგან განსხვავებით, (არაჩვეულებრივი) სხივი აღარ არის ნორმალური ტალღის ზედაპირზე. ნახ. 5 o აღნიშნავს ჩვეულებრივ სხივს, e არაჩვეულებრივს და n ნორმალურს.
თუმცა ისლანდიური სპარის კრისტალში არის მიმართულებაც, რომელშიც ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივები ერთნაირი სიჩქარით მოძრაობენ, განცალკევების გარეშე. ამ მიმართულებას ბროლის ოპტიკური ღერძი ეწოდება. აშკარაა, რომ ელიფსოიდის შეხების წერტილები სფეროსთან დევს ოპტიკურ ღერძზე. ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში არის მიმართულებები, რომლებზეც სიჩქარის სხვაობა ჩვეულებრივ და არაჩვეულებრივ სხივებს შორის მაქსიმალურია. ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივები ერთი და იგივე მიმართულებით მიდიან, მაგრამ არაჩვეულებრივი სხივი უსწრებს ჩვეულებრივს.
ნებისმიერ სიბრტყეს, რომელიც გადის ოპტიკურ ღერძზე, ეწოდება ბროლის მთავარი განყოფილება ან მთავარი სიბრტყე.
ისლანდიური სპარის გარდა, ცალღერძულ კრისტალებს მიეკუთვნება, მაგალითად, კვარცი და ტურმალინი. არის კრისტალები, რომლებშიც გარდატეხის ფენომენი ემორჩილება კიდევ უფრო რთულ კანონებს. კერძოდ, მათთვის არის ორი მიმართულება, რომლებშიც ორივე სხივი მოძრაობს ერთი და იგივე სიჩქარით, ამიტომ ასეთ კრისტალებს ბიაქსიალური ეწოდება (მაგალითად, თაბაშირი). ბიაქსიალურ კრისტალებში ორივე სხივი არაჩვეულებრივია, ანუ ორივე სხივის გავრცელების სიჩქარე დამოკიდებულია მიმართულებაზე.
ტურმალინს აქვს შესამჩნევი უნარი შთანთქას ერთ-ერთი სხივი, რომელიც წარმოიქმნება ორმხრივი შეფერხებით, რის გამოც ტურმალინის კრისტალი ემსახურება როგორც პოლარიზატორი, რომელიც ერთდროულად იძლევა ერთ პოლარიზებულ სხივს.
ჯერ კიდევ 1850 წელს ჰერაპატმა აღმოაჩინა, რომ ქინინის იოდიდის სულფატის ხელოვნურად დამზადებულ კრისტალებს აქვთ იგივე თვისებები, რაც ტურმალინს.
ბრინჯი. 6. პოლაროიდების გამოყენება.
თუმცა, ცალკეული კრისტალები ძალიან მცირე იყო და ჰაერში სწრაფად ფუჭდებოდა. მხოლოდ ბოლო წლებში ისწავლეს, თუ როგორ უნდა დამზადდეს სამრეწველო მასშტაბით ცელულოიდური ფილმი, რომელშიც შეყვანილია ქინინის იოდიდის სულფატის სრულიად იდენტურ ორიენტირებული კრისტალების დიდი რაოდენობა. ამ ფილმს პოლაროიდი ჰქვია.
პოლაროიდი მთლიანად აპოლარიზებს შუქს, არა მხოლოდ გადის ნორმალის გასწვრივ მის ზედაპირზე, არამედ ინარჩუნებს თავის თვისებებს სხივებისთვის, რომლებიც ქმნიან კუთხეებს ნორმალურთან 30 °-მდე. ამრიგად, პოლაროიდს შეუძლია სინათლის სხივების საკმაოდ ფართო კონუსის პოლარიზაცია.
Polaroid-მა იპოვა ფართო გამოყენება მრავალფეროვან სფეროებში. მოდით აღვნიშნოთ Polaroid-ის ყველაზე საინტერესო გამოყენება საავტომობილო ბიზნესში.
პოლაროიდის ფირფიტები ფიქსირდება მანქანის წინა მინაზე (სურ. 6) და მანქანის ფარებზე. წინა მინაზე პოლაროიდის ფირფიტა არის ანალიზატორი, ფარების ფირფიტები არის პოლარიზატორები. ფირფიტების პოლარიზაციის სიბრტყეები ჰორიზონტთან ქმნიან 45°-იან კუთხეს და ერთმანეთის პარალელურია. მძღოლი, რომელიც პოლაროიდის საშუალებით უყურებს გზას, ხედავს მისი ფარების არეკვლას, ანუ ხედავს მათ მიერ განათებულ გზას, რადგან პოლარიზაციის შესაბამისი სიბრტყეები პარალელურია, მაგრამ ვერ ხედავს შუქს მომავალი მანქანის ფარებიდან. , რომელიც ასევე აღჭურვილია პოლაროიდის ფირფიტებით. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, როგორც ადვილად ჩანს ნახ. 6, პოლარიზაციის სიბრტყეები იქნება ორმხრივი პერპენდიკულარული. ამრიგად, მძღოლი დაცულია შემხვედრი ავტომობილის ფარების დამაბრმავებელი ეფექტისგან.
სათვალეები დამზადებულია პოლაროიდისგან, რომლის მეშვეობითაც მბზინავი ზედაპირებიდან არეკლილი სინათლის ელვარება უხილავი ხდება. ეს აიხსნება იმით, რომ სიკაშკაშე ჩვეულებრივ ნაწილობრივ ან მთლიანად პოლარიზებულია. პოლაროიდის სათვალეები ძალიან მიზანშეწონილია გამოიყენოთ მუზეუმებში და სამხატვრო გალერეებში (ზეთის საღებავებით დახატული ნახატების ზედაპირი ხშირად იძლევა ნათელს, რაც ართულებს ნახატების დანახვას და ამახინჯებს ფერთა ჩრდილებს).
ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული პოლარიზატორია ეგრეთ წოდებული ნიკოლის პრიზმა, ან უბრალოდ ნიკოლი.
ბრინჯი. 7. ნიკოლის პრიზმის მონაკვეთი.
ნიკოლის პრიზმა არის ისლანდიური სპარის კრისტალი, რომელიც დიაგონალზეა დახრილი და კანადურ ბალზამთან ერთად შეკრულია (სურ. 7). ნიკოლის პრიზმაში ორმაგი რეფრაქციის შედეგად წარმოქმნილი ერთ-ერთი სხივი აღმოფხვრილია ძალიან გენიალური გზით. ჩვეულებრივი სხივი, რომელიც უფრო რეფრაქციულია, ეცემა კანადურ ბალზამის საზღვარზე არაჩვეულებრივი სხივის დაცემის კუთხით. იმის გამო, რომ კანადურ ბალზამს აქვს უფრო დაბალი რეფრაქციული ინდექსი, ვიდრე ისლანდიური სპარი, ხდება მთლიანი შიდა ასახვა და სხივი გვერდითა სახეზე ხვდება. გვერდითი სახე დაფარულია შავი საღებავით და შთანთქავს მასზე დაცემულ სხივს. ამრიგად, პრიზმიდან მხოლოდ ერთი სიბრტყით პოლარიზებული სხივი (არაჩვეულებრივი) გამოდის. ამ სხივის პოლარიზაციის სიბრტყეს ეწოდება ნიკოლის მთავარი სიბრტყე.
ორი ნიკოლი, რომლებიც ერთმანეთის მიღმა მდებარეობს, ერთმანეთის პერპენდიკულარული მთავარი სიბრტყეებით, ცხადია, საერთოდ არ გაუშვებენ სინათლეს. თუ ძირითადი თვითმფრინავები პარალელურია, მაშინ სინათლის მაქსიმალური რაოდენობა გაივლის ნიკოლებს. ჩნდება კითხვა, რამდენ შუქს გაუშვებს ნიკოლების ასეთი კომბინაცია რომელიმე შუალედურ პოზიციაზე, როდესაც კუთხე a მთავარ სიბრტყეს შორის არის ნულზე მეტი, მაგრამ 90°-ზე ნაკლები.
ვინაიდან თითოეული პოლარიზატორი, როგორც უკვე ვთქვით, შეიძლება შევადაროთ ჭრილს, რომელიც გადასცემს მხოლოდ მის სიბრტყეში არსებულ რხევებს, ორი ნიკოლის მეშვეობით გადაცემული სინათლის ინტენსივობის გამოთვლის პროცედურა ნათელია. ამ მიზნით გამოვსახავთ ნიკოლების ძირითად სიბრტყეებს I u II სწორი ხაზების სახით (სურ. 138). მაშინ პირველი ნიკოლიდან გამოსული რხევები ემთხვევა I-ს და თუ მათ დავშლით ორ კომპონენტად (ერთი ემთხვევა II-ს და მეორე მასზე პერპენდიკულარული), მაშინ პირველი კომპონენტი მთლიანად გაივლის, მეორე კი, ცხადია, დაგვიანდება. ნიკოლის მიერ. II მიმართულებით რხევების შემადგენელი ამპლიტუდის სიდიდე, როგორც ნახაზიდან ჩანს, უდრის A-ს, სადაც A არის პირველი ნიკოლიდან გამომავალი რხევების ამპლიტუდა. ეს კომპონენტი, როგორც უკვე ვთქვით, მთლიანად გაივლის; შესაბამისად, ეს იქნება ორ ნიკოლში გავლილი რხევის ამპლიტუდა.
ბრინჯი. 8. ორ ნიკოლში გავლილი ენერგიის გამოთვლას.
სინათლის ტალღის ენერგია, ისევე როგორც ნებისმიერი რხევის, ამპლიტუდის კვადრატის პროპორციულია; მაშასადამე, და ბოლოს, სინათლის ენერგიისთვის, რომელიც გაიარა ორ ნიკოლში, გვაქვს შემდეგი ფორმულა - მალუსის კანონი:
სადაც მე იცვლება 0-დან, როგორც α იცვლება 0-დან. ამრიგად, ერთ-ერთი ნიკოლის ბრუნვით, ჩვენ შეგვიძლია შევასუსტოთ გადაცემული სინათლე რამდენჯერმე და მივიღოთ ნებისმიერი ინტენსივობის შუქი.
მალუსის კანონი აშკარად ვრცელდება ნებისმიერ პოლარიზატორისა და ანალიზატორისთვის. კერძოდ, ორი შუშის სარკედან თანმიმდევრულად არეკლილი სინათლის ინტენსივობა ერთსა და იმავე კანონს ემორჩილება.
თუ ნიკოლის პრიზმა ემსახურება ერთი პოლარიზებული სხივის მიღებას, მაშინ ვოლასტონის პრიზმა წარმოქმნის ორ სხივს, რომლებიც პოლარიზებულია ურთიერთ პერპენდიკულარულ სიბრტყეებში და განლაგებულია სიმეტრიულად მოხვედრის სხივთან მიმართებაში. ვოლასტონის პრიზმის დიზაინი უკიდურესად გენიალურია და განსაკუთრებით ნათლად აჩვენებს, თუ როგორ არის დამოკიდებული კრისტალში სხივების გავრცელების სიჩქარე მათი პოლარიზაციის სიბრტყის მიმართულებაზე.
ბრინჯი. 9. ვოლასტონის პრიზმა.
ვოლასტონის პრიზმა შედგება ისლანდიური სპარის ორი ნაწილისგან, რომელიც მოჭრილია ოპტიკური ღერძის პარალელურად და დამაგრებულია ისე, რომ ერთი ნაწილის ოპტიკური ღერძი პერპენდიკულარული იყოს მეორე ნაწილის ოპტიკურ ღერძზე. ნახ. 9, მარჯვენა ნაწილის ოპტიკური ღერძი პარალელურია ნახატის სიბრტყის პარალელურად, ხოლო მარცხენა ნაწილის ოპტიკური ღერძი პერპენდიკულარულია მასზე.
სინათლის სხივი ჩვეულებრივ ზედა საზღვარზე იყოფა ორ სხივად: ჩვეულებრივი სხივი პოლარიზაციის სიბრტყით ოპტიკური ღერძის პარალელურად და არაჩვეულებრივი სხივი პოლარიზებული პერპენდიკულარული მიმართულებით. ორივე სხივი მიდის ერთი მიმართულებით, მაგრამ სხვადასხვა სიჩქარით, რომელიც განისაზღვრება გარდატეხის ინდექსებით და . მეორე ნაწილთან ინტერფეისის მიღწევის შემდეგ, ორივე სხივი ცვლის როლებს. ჩვეულებრივი (პირველ ნაწილზე) სხივის პოლარიზაციის სიბრტყე უკვე ხდება ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული (მეორე ნაწილში), შესაბამისად, მეორე ნაწილში ეს სხივი გავრცელდება არაჩვეულებრივი სახით. პირიქით, პირველ ნაჭერში არაჩვეულებრივი სხივი უკვე ჩვეულებრივი იქნება მეორე ნაჭერში, რადგან მისი პოლარიზაციის სიბრტყე პარალელურია ამ ნაწილის ოპტიკური ღერძისა. ამრიგად, ერთი სხივი (ჩვეულებრივი პირველ ნაჭერში) გადადის გარდატეხის მაჩვენებლის მქონე გარემოდან გარდატეხის მაჩვენებლის მქონე გარემოში, მეორე (არაჩვეულებრივი პირველ ნაჭერში) - საშუალოდან საშუალოზე . ისლანდიურ სპარს უფრო მეტი აქვს. შესაბამისად, პირველი სხივი გადადის უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივზე, მეორე - პირიქით. შედეგად, ერთი სხივი გადაიხრება საზღვარზე მარცხნივ, მეორე კი ისევე მარჯვნივ, და ორი პოლარიზებული სხივი სიმეტრიულად შევა პრიზმიდან.
1669 წელს დანიელმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ერაზმუს ბართოლინმა გამოაქვეყნა ექსპერიმენტების შედეგები ისლანდიური სპარის კრისტალებით (კალციტი CaCO 3), რომელშიც აღმოაჩინეს "საოცარი და უცნაური რეფრაქცია". ამ ფიზიკური ფენომენის არსი, რომელსაც ეწოდება ორმხრივი შეფერხება, ილუსტრირებულია მე-8 სურათზე.
კრისტალზე დაცემული ბუნებრივი სინათლის სხივი შიგნით იყოფა ორ სხივად: ჩვეულებრივიპ) გარდატეხის კანონის დაცვა; და უჩვეულო(ე), რომლისთვისაც , და დამოკიდებულია დაცემის კუთხეზე და ბროლის გამტეხი მხარის არჩევანზე (ნახ. 8a).
სინათლის არაჩვეულებრივი სხივი არ ემორჩილება გარდატეხის ჩვეულ კანონს და მისი გადახრა შეიძლება მაშინაც კი, როცა სინათლე ჩვეულებრივ ეცემა კრისტალს (ნახ. 8ბ).
ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივები ზოგადად კრისტალში ვრცელდება სხვადასხვა მიმართულებით, სხვადასხვა სიჩქარით და წრფივი პოლარიზებულია.
განვიხილოთ ორმხრივი შეფერხების ფენომენი ანისოტროპულ გარემოში გავრცელების სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორიის თვალსაზრისით.
ანიზოტროპული ოპტიკური საშუალება.
ნივთიერების ოპტიკური თვისებები (დიელექტრიკული გამტარიანობა, გარდატეხის ინდექსი n, ტალღის ფაზის სიჩქარე v=c/n და სხვა) განისაზღვრება მოლეკულების და ატომების თვისებებით, მათი ურთიერთგანლაგებით და ურთიერთქმედების ბუნებით მათ შორის და ელექტრომაგნიტურთან. სინათლის ტალღის ველი.
თუ ნივთიერების თვისებები არ არის დამოკიდებული ვექტორის რხევის მიმართულებაზე სინათლის ტალღაზე, მაშინ საშუალო არის ოპტიკურად იზოტროპული. ამორფული ნივთიერებები, როგორიცაა ჩვეულებრივი მინა, და კუბური კრისტალები, როგორც წესი, იზოტროპულია.
ოთხშაბათს ეძახიან ოპტიკურად ანიზოტროპული, თუ მისი თვისებები დამოკიდებულია ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელებისა და პოლარიზაციის მიმართულებაზე. ოპტიკურად ანისოტროპულ კრისტალებს უწოდებენ "ორგამრღვევ კრისტალებს".
ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღები.
ჩვენ შემოვიფარგლებით ანიზოტროპული კრისტალის განხილვით, რომლის ოპტიკურ თვისებებს აქვს ბრუნვის სიმეტრია ბროლის ერთ-ერთი მიმართულების მიმართ, ე.წ. ოპტიკური ღერძი. ასეთ კრისტალებს ე.წ ცალღერძიანი.
სიბრტყეს, რომელშიც დევს სინათლის ტალღის ოპტიკური ღერძი და ტალღის ვექტორი, ეწოდება ბროლის მთავარი მონაკვეთი.
ვექტორის რხევები ბროლის ძირითადი მონაკვეთის პერპენდიკულარულია.
ამ შემთხვევაში (ნახ. 9a), კრისტალი იქცევა როგორც იზოტროპული გარემო, რეფრაქციული ინდექსით.
წრფივი პოლარიზებული ტალღა, რომელშიც ვექტორული რხევები ხდება ძირითადი მონაკვეთის პერპენდიკულურად () და ფაზის სიჩქარე ე.წ. ჩვეულებრივი(ჩვეულებრივი).
კრისტალში იყოს წერტილი სინათლის წყარო S, რომელიც გამოსცემს ჩვეულებრივ ტალღას (ნახ. 9ბ). ვექტორის რხევები, რომლებიც ნაჩვენებია წერტილებით, ხდება მთავარი მონაკვეთის - ZX სიბრტყის პერპენდიკულარულად. S წყაროდან ნებისმიერი მიმართულებით, ფაზის სიჩქარე არის . სიტუაცია არ შეიცვლება, თუ გავითვალისწინებთ O 1 O 2 ოპტიკური ღერძის გარშემო შემობრუნებულ ნებისმიერ სხვა სიბრტყეს. სინათლის გავრცელების სეგმენტების ყველა მიმართულებით განზე, დროის ერთეულში გავლილი მანძილების ტოლი, ჩვენ ვიღებთ ჩვეულებრივი ტალღის სფერულ ტალღის ზედაპირს რადიუსის მქონე წერტილის წყაროდან.
ვექტორული რხევები ხდება მთავარ განყოფილებაში.
განვიხილოთ სამი შემთხვევა.
ა) ვექტორი ოპტიკური ღერძის პარალელურია (სურ. 10 ა). მერე
სადაც l არის სინათლის ტალღის სიგრძე ვაკუუმში.
ოპტიკური ღერძის მიმართულებით გავრცელებულ ასეთ ტალღას აქვს სიჩქარე.
ბ) ვექტორი ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულია (ნახ. 3ბ). Ამ შემთხვევაში
ტალღა ვრცელდება სიჩქარით.
გ) ვექტორი განლაგებულია ოპტიკური ღერძის კუთხით (ნახ. 10 გ)
ბრუნვის სიმეტრიის გამო ვექტორი დევს მთავარი მონაკვეთის სიბრტყეში. მაგრამ ვინაიდან , მაშინ ვექტორი არ ემთხვევა ვექტორს მიმართულებით . ტალღის ვექტორი არის ვექტორების პერპენდიკულარული და , მაგრამ არა ვექტორის პერპენდიკულარული . ტალღა რჩება განივი ვექტორის რხევების მიმართ, ანუ, მაგრამ (იხ. სურ. 10 c).
ენერგიის გადაცემა ხდება პოინტინგის ვექტორის მიმართულებით. ეს მიმართულება არ ემთხვევა ვექტორის მიმართულებას (ტალღის ზედაპირის მოძრაობის მიმართულებას).
ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღის გავრცელების მიმართულების შეცვლისას, რომელშიც რხევები ხდება მთავარი მონაკვეთის სიბრტყეში, ფაზის სიჩქარე დამოკიდებულია გავრცელების მიმართულებაზე და მერყეობს (, )-მდე. ასეთ ტალღას ე.წ არაჩვეულებრივი (არაჩვეულებრივი).
წერტილოვანი სინათლის წყაროს S-ის შემთხვევაში, რომელიც მდებარეობს კრისტალში და ასხივებს არაჩვეულებრივ ტალღას, გამოვყოფთ ტალღის მიერ გავლილი მანძილების სხვადასხვა მიმართულებით დროის ერთეულში, ვიღებთ ელიფსოიდური ტალღის ზედაპირს ნახევარღერძებით და (ნახ. 11დ).
ოპტიკური ღერძის გასწვრივ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღები ვრცელდება იგივე სიჩქარით, თანაბარი (იხ. სურ. 9b და სურ. 10d).
დადებითი და უარყოფითი ცალღეროვანი კრისტალები.
ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღების ტალღის ზედაპირის ნაცვლად ცალღერძულ კრისტალში (იხ. ნახ. 9 ბ) და 10 დ)) შეიძლება აშენდეს რეფრაქციული ინდექსის მნიშვნელობების ზედაპირები. და (ან და) შორის თანაფარდობიდან გამომდინარე განასხვავებენ უარყოფით და პოზიტიურ კრისტალებს (ნახ. 11).
ცალღერძულ კრისტალებს უწოდებენ:
უარყოფითი, თუ (ნახ. 11 ა),
დადებითითუ (სურ. 11 ბ).
ლექციების ჩვენება
საველე ექსპერიმენტი
1. ორმაგი რეფრაქცია.
ვიდეო დემო
2. საგანმანათლებლო ფილმი: "შუქის პოლარიზაცია", ფრაგმენტი 3 - "პოლარიზაცია ორმხრივი შეფერხებისას". ფილმზე მუშაობდნენ: ე.ოსმოლოვსკაია, ი.ვასერმანი და სხვები. ᲐᲐ. ჟდანოვა ფრაგმენტის ხანგრძლივობა: 6 წთ.
3. კომპიუტერული დემონსტრაციების ჩვენება.
მოდელი 1. ჩანაწერების მოქმედების ილუსტრაცია ნახევრად ტალღის, მეოთხედი ტალღის და ტალღის სიგრძეში.
სურ.13
ოპტიკური კონსტრუქტორი პოლარიზებული სინათლის შესასწავლად:
1 – პოლარიზაციის ელიფსები სისტემის შესასვლელში; 2 – პარამეტრის ფანჯარა; 3,5-პოლაროიდები; 4 - birefringent ფირფიტა; 6 - პოლარიზაციის ელიფსები ოპტიკური სისტემის გამოსავალზე.
ა) ერთი ან მეტი სინათლის ტალღის შერჩევა ოპტიკური სისტემის შესასვლელში; ბ) ყველასთვის ერთი და იგივე ტალღების შეყვანისას შერჩევა; გ), ვ) პოლაროიდები (ამოღება, დადება, როტაცია); დ) ორფრაგმენტული ფირფიტა (ქვეპუნქტი „სისქე“ - პარამეტრის ცვლილება, ქვეპუნქტი „შიგნით“ - ფირფიტის შიგნით პოლარიზაციის ელიფსის ცვლილებაზე დაკვირვება); ვ) კომპიუტერული ექსპერიმენტის დაწყება.
მოდელი 2. ჯგუფის სიჩქარე.
სურ.14.ტალღის პაკეტის გავრცელება მედიაში სხვადასხვა დისპერსიის კანონებით.
1 – ფანჯარა სამი ტალღიდან თითოეულის ამპლიტუდის შესარჩევად; 2 - შერჩეული დისპერსიის კანონის გრაფიკი, რომელზედაც შესაბამისი ფერის ნიშნები აჩვენებს თითოეული სამი ტალღის სიხშირეს; 3 - ფანჯარა, რომელშიც ნაჩვენებია სამი ტალღიდან თითოეულის მოძრაობა; 4 - ფანჯარა, რომელშიც ნაჩვენებია სამი ტალღის კონვერტის (ჯამის) მოძრაობა; 5 - ეტიკეტები, რომლებიც აჩვენებს ცალკეული სპექტრული კომპონენტების ფაზურ სიჩქარეს და მათი ჯამის ჯგუფურ სიჩქარეს.
ა) - დემონსტრაციის დასაწყისი; ბ) – სპექტრული კომპონენტების პარამეტრების ცვლილება; გ) – დისპერსიის კანონის არჩევანი.
Ზე ნახ.14აჩვენებს პროგრამის ეკრანის ზოგად ხედს, რომელიც შექმნილია სამი სპექტრული კომპონენტის შემცველი სიგნალის დისპერსიულ გარემოში ერთდროული გავრცელების შესასწავლად. ტალღების ასეთი მარტივი ჯგუფი საშუალებას გვაძლევს წარმოვაჩინოთ ჯგუფური სიჩქარის კონცეფცია და მისი კავშირი ფაზის სიჩქარესთან. გამოიყენება ხაზოვანი დისპერსიის კანონი. პროგრამა საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ სიხშირეები (ისინი მითითებულია დიაგრამაზე მე-2 ფანჯარაში) და სამივე სპექტრული კომპონენტის ამპლიტუდა (ფანჯარა 1), ასევე მუდმივები a და d დისპერსიის კანონში (ფანჯარა 2). პარამეტრები იცვლება მენიუს ღილაკის "პარამეტრების" გამოყენებით. მე-3 ფანჯარაში ღილაკზე "დაწყების" დაჭერის შემდეგ დინამიურ რეჟიმში შეგიძლიათ დააკვირდეთ სამივე ტალღის მოძრაობას ცალ-ცალკე, ხოლო მე-4 ფანჯარაში - მთლიანობაში ტალღების მთელი ჯგუფის მოძრაობას, ანუ მათ ჯამს. დაკვირვების გასაადვილებლად ეკრანზე გამოსახულია შესაბამისი ფერის სპეციალური ნიშნები (5), რომლებშიც ნაჩვენებია სპექტრული კომპონენტების ფაზური სიჩქარე და ცალკე თეთრი ნიშანი, რომელიც აჩვენებს ჯგუფის სიჩქარეს.
პროგრამა საშუალებას გაძლევთ ეკრანზე გამოაქვეყნოთ ტალღების ჯგუფის კინემატიკური მოდელი, რომელიც გავრცელდება საშუალოზე ნორმალური და ანომალიური დისპერსიის კანონებით.
სასწავლო მასალები
მთავარი ლიტერატურა
1. Saveliev I.V. ზოგადი ფიზიკის კურსი, წიგნი. 3. - M .: Astrel Publishing House LLC, AST Publishing House LLC, 2004, §§6.3-6.8, §§7.1-7.5.
2. I. E. Irodov, ტალღის პროცესები. ძირითადი კანონები: სახელმძღვანელო უმაღლესი სკოლებისთვის. – მ.: ბინომი. Basic Knowledge Lab, 2007, §§ 6.3-6.7, §§7.1-7.5.
დამატებითი ლიტერატურა
3. სივუხინი დ.ვ. ფიზიკის ზოგადი კურსი. ვ. 4. M.: FIZMATLIT, 2009, §§84, 90.
4. ლანდსბერგი გ.ს. ოპტიკა. -მ.,: FIZMATLIT, 2003, §§156, 157, 159-160, 168.
5. ლოსევი ვ.ვ. ოპტიკური ფენომენები. თეორია და ექსპერიმენტი. სახელმძღვანელო, მ., 2002, §§4.2.
საინფორმაციო და საცნობარო რესურსები
6. [ელექტრონული რესურსი].-მ.: MIET-ის ელექტრონული რესურსების კოლექცია, 2007 წ.- წვდომის რეჟიმი: http://orioks.miet.ru/oroks-miet/srs.shtml
7. სასწავლო პროგრამა. „ღია ფიზიკა 2.6. Მე -2 ნაწილი":
http://www.physics.ru/
http://www.physics.ru/courses/op25part2/design/index.htm
8. სამეცნიერო ცენტრი "PHYSICON": კურსის "ტალღის ოპტიკა კომპიუტერზე"
http://college.ru/WaveOptics/content/chapter1/section1/paragraph1/theory.html
9. დისკი ან პროგრამა "ფიზიკა ანიმაციაში"
http://physics.nad.ru/
http://physics.nad.ru/Physics/Cyrillic/optics.htm
როდესაც სინათლე გადის ზოგიერთ კრისტალში, სინათლის სხივი ორ სხივად იყოფა. ამ მოვლენას ორმაგი რეფრაქცია ეწოდება. ორმხრივი შეფერხება არის სინათლის სხივის ბიფურკაცია ოპტიკურად ანისოტროპულ გარემოში გავლისას, გარდატეხის ინდექსის (და, შესაბამისად, ტალღის სიჩქარის) დამოკიდებულების გამო მის პოლარიზაციაზე და ტალღის ვექტორის ორიენტაციაზე კრისტალოგრაფიულ ღერძებთან მიმართებაში. თუ სინათლის ვიწრო სხივი მიმართულია ისლანდიური სპარის კრისტალისკენ, მაშინ ბროლიდან ერთმანეთისა და შემხვედრი სხივის პარალელურად გამოვა ორი სივრცით გამოყოფილი სხივი - ჩვეულებრივი (o) და არაჩვეულებრივი (ე). 
ჩვეულებრივი სხივი აკმაყოფილებს გარდატეხის ჩვეულ კანონს და მდებარეობს იმავე სიბრტყეში, როგორც დაცემის სხივი და ნორმალურ სიბრტყეში დაცემის წერტილში. არაჩვეულებრივი სხივისთვის, თანაფარდობა 
დამოკიდებულია დაცემის კუთხეზე. გარდა ამისა, არაჩვეულებრივი სხივი, როგორც წესი, არ დევს იმავე სიბრტყეში, როგორც შემხვედრი სხივი და ნორმალური ინტერფეისისთვის. ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ბროლიდან გამომავალი სხივები სიბრტყეშია პოლარიზებული ორმხრივი პერპენდიკულარული მიმართულებით. ორმხრივი შეფერხების ფენომენი შეინიშნება ყველა გამჭვირვალე კრისტალზე, გარდა კუბური სისტემის კრისტალებისა. ცალღერძულ კრისტალებს აქვთ მიმართულება, რომლის გასწვრივაც სინათლე ვრცელდება ორ სხივად გაყოფის გარეშე. ამ მიმართულებას ბროლის ოპტიკური ღერძი ეწოდება. ნებისმიერ თვითმფრინავს, რომელიც გადის ოპტიკურ ღერძზე, ეწოდება მთავარი განყოფილებაან ბროლის მთავარი სიბრტყე.სიბრტყეს, რომელიც გადის სხივში და კვეთს მის ოპტიკურ ღერძს, ამ სხივისთვის ცალღერძული ბროლის მთავარ სიბრტყეს (მთავარ მონაკვეთს) უწოდებენ. ჩვეულებრივი სხივის რხევის სიბრტყე პერპენდიკულარულია ბროლის მთავარ მონაკვეთზე. ვექტორის რხევები არაჩვეულებრივ სხივში ხდება ბროლის მთავარ სიბრტყეში. ცალღეროვანის გარდა, არსებობს ბიაქსიალური კრისტალები, რომლებსაც აქვთ ორი მიმართულება, რომლის გასწვრივ შუქი არ იყოფა ორ სხივად. ბიაქსიალურ კრისტალებში ორივე სხივი არაჩვეულებრივია.
ორმხრივი შეფერხება აიხსნება კრისტალების ანიზოტროპიით. არაკუბური სისტემის კრისტალებში გამტარობა დამოკიდებულია მიმართულებაზე. ჩვეულებრივი სხივის ვექტორი ყოველთვის პერპენდიკულარულია ბროლის ოპტიკური ღერძის მიმართ (მთავარი მონაკვეთის პერპენდიკულარული). ამიტომ, ჩვეულებრივი სხივის გავრცელების ნებისმიერი მიმართულებისთვის, სინათლის ტალღის სიჩქარე იგივე იქნება, ბროლის გარდატეხის ინდექსი ჩვეულებრივი სხივისთვის არ არის დამოკიდებული კრისტალში სხივის მიმართულებაზე და უდრის 
არაჩვეულებრივი სხივის ვექტორი ბროლის მთავარ სიბრტყეში ირხევა, მას შეუძლია ნებისმიერი კუთხის შექმნა ოპტიკური ღერძით 0-დან მაშასადამე, სინათლის გავრცელების სიჩქარე არაჩვეულებრივი სხივის გასწვრივ და ბროლის გარდატეხის მაჩვენებელი არაჩვეულებრივი სხივისთვის დამოკიდებულია. ამ სხივის მიმართულებაზე ოპტიკური ღერძის მიმართ. როდესაც სინათლე ვრცელდება ოპტიკური ღერძის გასწვრივ, ორივე სხივი ემთხვევა, სინათლის სიჩქარე არ არის დამოკიდებული ვექტორის რხევის მიმართულებაზე (ორივე სხივში ვექტორი ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულია), არაჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსი ემთხვევა. ჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსით: როდესაც სინათლე ვრცელდება სხვა მიმართულებით, მისი სიჩქარე და გარდატეხის ინდექსი არაჩვეულებრივი სხივის გასწვრივ განსხვავდება ჩვეულებრივი სხივის შესაბამისი მნიშვნელობებისაგან. ყველაზე დიდი განსხვავება შეინიშნება ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულ მიმართულებით. ამ მიმართულებით 
სად არის არაჩვეულებრივი სხივის სიჩქარე ამ მიმართულებით. არაჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსი აღებულია, როგორც ბროლის ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული გავრცელების მიმართულების მნიშვნელობა. არსებობს დადებითი და უარყოფითი ცალღეროვანი კრისტალები. დადებითი კრისტალებისთვის > (< ), у отрицательных – < ( > ).
ზოგიერთ კრისტალში ერთი სხივი უფრო ძლიერად შეიწოვება, ვიდრე მეორე. ამ ფენომენს ე.წ დიქროიზმი .
ჰაიგენსის პრინციპის გამოყენებით, შეგიძლიათ გრაფიკულად გამოსახოთ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების ტალღის ზედაპირი. ფიგურაში ნაჩვენებია სხივების ტალღის ზედაპირები, რომლებიც ორიენტირებულია წერტილში 2
იმ მომენტისთვის, როდესაც ინციდენტის ტალღის ფრონტი აღწევს წერტილს 1
. ოპტიკური ღერძის გასწვრივ ორივე სხივი ერთი და იგივე სიჩქარით ვრცელდება. ტალღის ზედაპირი ჩვეულებრივი სხივისთვის, რომელიც გამოდის წერტილიდან 2
, სფერო (სიბრტყეში - წრე), არაჩვეულებრივისთვის - ელიფსოიდი (სიბრტყეში - ელიფსი). ყველა მეორადი ტალღის კონვერტები, რომელთა ცენტრები წერტილებს შორისაა 1
და 2
, არის თვითმფრინავები. ჩვეულებრივი ტალღის წინა მხარე არის ტანგენსი წერტილიდან 1
წრეზე; არაჩვეულებრივი ტალღის ფრონტი არის ტანგენსი წერტილიდან 1
ელიფსამდე. ჩვეულებრივი სხივისთვის სინათლის ტალღის ენერგიის გავრცელების მიმართულება ემთხვევა ტალღის ზედაპირის ნორმალურს; ჩვეულებრივი სხივი პერპენდიკულარულია ტალღის ზედაპირზე. არაჩვეულებრივი სხივისთვის ენერგიის გავრცელების მიმართულება არ ემთხვევა ტალღის ზედაპირის ნორმალურს; არაჩვეულებრივი სხივი გადის იმ წერტილში, სადაც ტალღის ფრონტი ეხება ელიფსს.
ორმაგი რეფრაქციის ფენომენი. ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების თვისებები.
თითქმის ყველა გამჭვირვალე დიელექტრიკი ოპტიკურად ანიზოტროპულია, ანუ სინათლის თვისებები, როდესაც ის გადის მათში, დამოკიდებულია მიმართულებაზე. ანისოტროპიის ფიზიკური ბუნება დაკავშირებულია დიელექტრიკული მოლეკულების სტრუქტურულ მახასიათებლებთან ან კრისტალური მედის მახასიათებლებთან, რომელთა კვანძებში არის ატომები ან იონები.
კრისტალების ანიზოტროპიის გამო, როდესაც მათში სინათლე გადის, ხდება ფენომენი ე.წ ორმხრივი შეფერხება
ორმხრივი შეფერხება გამოწვეულია სინათლის ტალღების სხვადასხვა მიმართულებით გავრცელების არათანაბარი სიჩქარით. ბუნებრივი სინათლის დაცემის ადგილზე წარმოიქმნება ორი სინათლის ტალღა. ერთი ბროლში ვრცელდება ყველა მიმართულებით ერთი და იგივე სიჩქარით - ეს არის ჩვეულებრივი სხივი (სფერული ტალღის ფრონტი). მეორეში, ბროლის ოპტიკური ღერძის მიმართულებით სიჩქარე იგივეა, რაც პირველ ტალღაში და უფრო მეტი ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით. ეს არის არაჩვეულებრივი სხივი (ტალღის ფრონტს აქვს ელიფსოიდური ფორმა).
ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ ე.წ ცალღერძულ კრისტალებზე. ცალღერძულ კრისტალებში, ერთ-ერთი რეფრაქციული სხივი ემორჩილება გარდატეხის ჩვეულებრივ კანონს. მას ჩვეულებრივ უწოდებენ. მეორე სხივს ეწოდება არაჩვეულებრივი, ის არ ემორჩილება გარდატეხის ჩვეულებრივ კანონს. ბროლის ზედაპირზე სინათლის სხივის ნორმალური დაცემის შემთხვევაშიც კი, არაჩვეულებრივი სხივი შეიძლება ნორმალურიდან გადაუხვიოს. როგორც წესი, არაჩვეულებრივი სხივი არ დევს დაცემის სიბრტყეში. თუკი მიმდებარე ობიექტებს ასეთი კრისტალით შეხედავთ, მაშინ თითოეული ობიექტი ორად გაიყოფა. როდესაც კრისტალი ბრუნავს მოხვედრის სხივის მიმართულების გარშემო, ჩვეულებრივი სხივი უმოძრაოდ რჩება და არაჩვეულებრივი სხივი მის გარშემო წრეში მოძრაობს.
ცალღერძულ კრისტალებს მიეკუთვნება, მაგალითად, კალციტის ან ისლანდიური სპარის კრისტალები (). ცალღერძულ კრისტალებში არის სასურველი მიმართულება, რომლის გასწვრივ ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი ტალღები ვრცელდება სივრცითი განცალკევების გარეშე და იმავე სიჩქარით. მიმართულებას, რომელშიც ორმხრივი შეფერხება არ შეინიშნება, ეწოდება ბროლის ოპტიკური ღერძი. გასათვალისწინებელია, რომ ოპტიკური ღერძი არის არა სწორი ხაზი, რომელიც გადის ბროლის რაღაც წერტილში, არამედ გარკვეული მიმართულება კრისტალში. ამ მიმართულების პარალელურად ნებისმიერი ხაზი არის ოპტიკური ღერძი.
ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების შესწავლა გვიჩვენებს, რომ ორივე სხივი მთლიანად პოლარიზებულია ერთმანეთის პერპენდიკულარული მიმართულებით. ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორის რხევები ჩვეულებრივ ტალღაში ხდება ბროლის ძირითადი მონაკვეთის პერპენდიკულარული მიმართულებით ჩვეულებრივი სხივისთვის. არაჩვეულებრივ ტალღაში, ინტენსივობის ვექტორი რხევა სიბრტყეში, რომელიც ემთხვევა არაჩვეულებრივი სხივის მთავარ მონაკვეთს.
|
|
ნახატიდან ჩანს, რომ ამ შემთხვევაში ჩვეულებრივი და არაჩვეულებრივი სხივების რხევის სიბრტყეები ერთმანეთის პერპენდიკულურია. გაითვალისწინეთ, რომ ეს შეინიშნება ოპტიკური ღერძის თითქმის ნებისმიერი ორიენტაციისთვის, რადგან კუთხე ჩვეულებრივ და არაჩვეულებრივ სხივებს შორის ძალიან მცირეა.
ბროლის გამომავალზე ორივე სხივი ერთმანეთისგან განსხვავდება მხოლოდ პოლარიზაციის მიმართულებით, ამიტომ სახელებს „ჩვეულებრივი“ და „არაჩვეულებრივი“ აზრი მხოლოდ ბროლის შიგნით აქვს.
მოგეხსენებათ, რეფრაქციული ინდექსი შესაბამისად, e-ის ანიზოტროპიიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღები ვექტორული რხევების სხვადასხვა მიმართულებით შეესაბამება გარდატეხის ინდექსის სხვადასხვა მნიშვნელობებს. ამიტომ სინათლის ტალღების სიჩქარე დამოკიდებულია სინათლის ვექტორის რხევის მიმართულებაზე. ჩვეულებრივ სხივში, სინათლის ვექტორის რხევები ხდება ბროლის მთავარი მონაკვეთის პერპენდიკულარული მიმართულებით, შესაბამისად, ჩვეულებრივი სხივის ნებისმიერი მიმართულებისთვის, იგი ქმნის სწორ კუთხეს ბროლის ოპტიკურ ღერძთან და სიჩქარით. სინათლის ტალღა იგივე იქნება, ტოლი .
ცალღერძულ კრისტალებს ახასიათებთ ჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსი ტოლი , და არაჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსი ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარული ტოლია . ამ უკანასკნელ რაოდენობას უბრალოდ უწოდებენ არაჩვეულებრივი სხივის გარდატეხის ინდექსს. ისლანდიური სპარისთვის,. გაითვალისწინეთ, რომ მნიშვნელობები და დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე.
გარდატეხის ინდექსი და, შესაბამისად, გავრცელების სიჩქარე ჩვეულებრივი სხივისთვის ნ ოარ არის დამოკიდებული ბროლის მიმართულებაზე. ჩვეულებრივი სხივი კრისტალში ვრცელდება გეომეტრიული ოპტიკის ჩვეულებრივი კანონების მიხედვით.
არაჩვეულებრივი სხივისთვის, გარდატეხის ინდექსი განსხვავდება ნ ოოპტიკური ღერძის მიმართულებით მდე ნ ემასზე პერპენდიკულარული მიმართულებით. Თუ ნ ე > ნ ო, მაშინ კრისტალებს უწოდებენ პოზიტიურს, შებრუნებული თანაფარდობით ნ ე < ნ ო- უარყოფითი.
ჰაიგენსის პრინციპის თვალსაზრისით, ტალღის ზედაპირის თითოეულ წერტილში ორმხრივი შეფერხებით, რომელიც აღწევს ბროლის სახეს, არ წარმოიქმნება ერთი მეორადი ტალღა, როგორც ჩვეულებრივ მედიაში, მაგრამ ერთდროულად ორი ტალღა ვრცელდება კრისტალში. ჩვეულებრივი ტალღის გავრცელების სიჩქარე ყველა მიმართულებით ერთნაირია. არაჩვეულებრივი ტალღის გავრცელების სიჩქარე ოპტიკური ღერძის მიმართულებით ემთხვევა ჩვეულებრივი ტალღის სიჩქარეს, მაგრამ განსხვავდება სხვა მიმართულებებით.
