Двойное лучепреломление

Прозрачные кристаллы с отличающейся от кубической кристаллической решеткой обладают свойством двойного лучепреломления, которое проявляется в том, что прошедший через кристалл луч света раздваивается. Два получившихся луча оказываются поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем один из них, названный необыкновенным (е), не подчиняется обычному закону преломления. Второй луч ведет себя согласно закону Снеллиуса и называется обыкновенным (о). В двоякопреломляющих кристаллах существует направление, называемое оптической осью кристалла, при падении вдоль которого луч не раздваивается (одноосные кристаллы). Иногда таких направлений может быть два (двуосные кристаллы).

Необыкновенный луч преломляется даже тогда, когда падает нормально на поверхность кристалла (конечно же не вдоль его оптической оси). Такой случай изображен на рис. 26. На нем стрелками и точками указано направление колебаний вектора Е. Видно, что в необыкновенном луче колебания происходят в плоскости, образованной направлением луча света и оптической осью ОО ^/ (главная плоскость или главное сечение кристалла), а в обыкновенном − перпендикулярно ей.

Двойное лучепреломление обусловлено зависимостью скорости распространения света в кристалле от угла между направлением колебаний вектора Е и оптической осью. Для обыкновенного луча этот угол всегда прямой и, следовательно, его показатель преломления постоянен.

В настоящее время для получения поляризованного света в оптической технике применяется способ изготовления поляроидных пленок (или так называемых поляроидов). Поляроид состоит из тонкой целлулоидной пленки, в которую вкраплены микроскопические кристаллы турмалина или геропатита (сернокислого йод-хинина). Особой обработкой достигается одинаковое расположение оптических осей всех кристаллов, вкрапленных в эту пленку. Эти кристаллы практически полностью поглощают обыкновенный луч и пропускают только необыкновенный (явление дихроизма). Таким образом падающий естественный свет проходя через поляроид, становится плоскополяризованным.

Некоторые изотропные вещества (стекло, плексиглас) под действием деформаций обнаруживают оптическую анизотропию и приобретают свойства двупреломляющих кристаллов.

Экспериментально установлено, что разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей (n₀ – n_С) пропорциональна напряжению Р, т.е. силе, приходящейся на единицу площади F/S (S - сечение образца).

Если деформация происходит в пределах выполнимости закона Гука, то выше описанное явление называется фотоупругостью. Коэффициент, характеризующий упругие свойства вещества, носит название константы фотоупругости.

Так как показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей различны, то эти лучи проходят различные оптические пути и , где l - толщина пластинки. Разность хода, приобретаемая лучами, равна

.

Тогда выражая разность в длинах волн, получим:

, (4.2)

c – постоянная величина, характеризующая вещество.

Так как и зависят от длины волн, то при наблюдении в белом свете искусственно анизотропное тело, помешенное между "скрещенными" поляризатором и анализатором дает пестро окрашенную картину. Распределение окраски может служить хорошим качественным признаком распределения напряжения.

Величину c в последней формуле обычно выражают брюстерах. (1 брюстер = 10 см/дн). Для стекла c колеблется от 1 до 10 для целюллоида от 10 до 100.

Геометрическое место точек, соответствующих равным напряжениям Р, образуют цветную полосу одного тона. Эти полосы называют изохромами.

Изохромы разделяются на порядки:1, 2, 3,...; и имеют обычную последовательность цветов кристаллических пластинок.

Изохромы нулевого порядка относятся к точкам, где напряжение Р=0, если они существуют, то они имеют вид черных полос. Чаще всего это не полосы, не линии, а "особые точки", где напряжение носит характер всестороннего сжатия или растяжения.

Метод фотоупругости находит широкое применение в промышленности и с успехом применяется для исследований напряжений в сложных конструкциях из непрозрачных материалов, например: металла, бетона и др.

С этой целью из прозрачного вещества /стекла или плексигласа/ изготавливают, как правило, уменьшенную модель изучаемой конструкции и на этой модели исследуют характер и распределение напряжений.

Поиск по сайту: