Файл: Большанина М.А. Распространение света в анизотропных средах.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.07.2024

Просмотров: 136

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

- 58 -

%,i=

 

tf+(r3 - £ ‘) U ( r ±

r jj, ö »

где штрихи позволяют

различить случаи плюс или минус перед £,

в формуле (57) и получить два значения скорости.

 

Особый интерес

представляет собой случай, когда два

значения

диэлектрической проницаемости или, что все равно,

коэффициентов

оказывается равными друг другу.

Обратимся ■

к формуле

(57). Если

окажется, что

^

â-, О,

=а I . Таким образом, обе оси совпадают с осью У 3 .

Если

то

4 ' = 0

С з = 0 ■ т . е . , 0бе оси

совпадают с

осью .Х і

 

 

 

Такие кристаллы называются одноосными. В них явления протекают наиболее просто. Мы разберем этот случай-в части П.

Итак, поверхность нормалей позволила'нам открыть целый

ряд интересных закономерностей.

Во-первых, она -дает представление о распределении фазовых

скоростей по различным направлениям в кристалле в соответствии с его диэлектрическими свойствами.

Во-вторых, она позволила открыть существование двух опти­ ческих осей и показать, что вдоль них волна проходит, оставаясь неполяризованной, и не разделяется на две.

В-третьих, оказалось возможным найти ориентацию этих опти­ ческих осей и определить угол любой нормали к волне с оптически­ ми осями.

И, наконец, выяснить'возможность и условия существования одно­ осных кристаллов.

Обратим внимание читателя на такое .важное обстоятельство.

Иы все время говорили о том, что вдоль нормали распространяются две волны с разными фазовыми скоростями. Однако, это не значит,


 

 

 

 

 

 

 

-

5?

 

 

 

 

 

 

 

 

ч т о

п о

одному и

том у

же

направлен и ю

р а с п р о с тр а н я ю тс я

д в а

В е д ь

л у ч

не

с о в п а д а е т

с

нормалью

к

в о л н е ; а

с о с т а в л я е т

у г о л ,

зави сящ и й

п о

( 4

8 )

о т

с к о р о с т и .

С л е д о в а те л ь н о ,

пр

т о й

же

нормали

к волн е

и разны х

ф азовы х с к о р о с т я х

п о л у ч

д в а

л у ч а ,

о с та в л я ю щ и е

различны е

угл ы

с

нормалью,

и

р а с

няющиеся с

 

разным и

лучевы м и

с к о р о с т я м и .

 

 

 

 

 

 

Напомним,

ч т о

направляю щ ие к о си н у сы

э т и х

д в у х

л у ч е й

равны п о

( 4

9 ) :

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

'

»

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£ ’ _■

У ' + W - I i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(W +Of-Zp-

 

 

 

 

 

 

t = S , S , 5

t* - »»&«*

и " ( ¥ * + Р ’ У *

Отсюда ясно видно, что одному м тому хе направлению нормали Ск.

соответствуют два различных направления луча.

 

Ответим,

что по главным направлениям, т .е . по

»Хд

луч совпадает

с

нормалью.

 

-

 

 

В самса» деле,

поломим

ег = о

г;~о.

 

 

 

<?,=/

 

 

В этом случае,

как мы видели при анализе овалоида, направления

колебаний векторов 3

и $

будут совпадать с

осями

и

X j

этм волны будут распространяться соответственно со ско­

ростями

/ і

*

&3

 

 

 

 

 

Till IM01J.M одну из волн, так как для другой все

будет идептич-

Вапример, возьмем волну с

вектором Ж ,

колебаощимся по

оси

. Для нее

 

 

 

 

 

Р =0, А=/, Р*=0 и


-

60 -

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

$ * = # № * / Ж

+ * Ж

= Л „

,,, ,

Иайдец для нее направление луча,

подставив

G f r ^ U u

Т - Ъ ь

l ~ u f - g ? ) t i t ~

i -

 

 

£ b —0 m .K .. £г — 0 *

 

 

- 0 ш. к..

£.л = 0 .

 

 

Следовательно, направление луча

совпадает

с направлением норма­

ли.

 

 

 

 

Такие же рассуждения можно

повторить относительно второй волны

с колебаниями вектора $

по оси

и относительно двух дру­

гих главный направления. t

 

 

§ 1 2 .Jl|^eH&ajuH_BaBHOBafl поверхность.

Поверхность нормалей помогла нам составить представление об иэнененик фазовой скорости в зависимости от направления.

Полезно такой ие прием употребить для лучевой скорости

%, для которой в § 9 было получено уравнение (50)- '

Перепишем здесь это уравнение:

R t f

- R t f

. R t i п

(60)

t f - ф

t

~ r :

 

 

Чтобы построить лучевую

поверхность, будем из некоторой

точки

0 проводить радиусы -

векторы ЛЬ», иыевцие направление

луча

(

а длины их

возьмем,равными лучевым скорос­

тям

 

 

 

.Геометрическое место концов этих векторов даст лучевув поверх­

ность.

По саыоиу смыслу построі^ий^эта поверхность есть не что лааоЪан эмо л , '


 

 

- 61

-

 

инее как

поверхность

s

 

излучение,

фронта волны,. В самой деле,

вышедшее аз* точки 0 .

, через I

сек. достигнет лучевой по­

верхности.

Следовательно, она должна быть названа

волновой по­

верхностно. Именно ев нужно пользоваться при построении прелом­ ленных, лучей по методу Гюйгенса. Касательная плоскость, прове­ денная, к такой, шаветаности, или, вернее, касательная плотность,

проведенная

к; системе таких поверхностей, образовавшихся к дан­

ному моменту около различных излу авщих

точек, даст

преломлен­

ною зяяну.

Следовательно, лучевая поверхность ймеет исключите­

льно ванное

значение.

 

 

 

 

 

 

 

Запишем уравнение лучевой поверхности,

учтя,

что любой

e s радиус -

вектор,

проведенный из

точки

О

,

имеет

направ-

ЛіЗЕЗЕЕБ ЛІ$‘ЧЗі.

 

м и н у . ^ ң у в

%

. В

(60)

вместо ^S

езжетзет*

, г вместо ^

 

. Получим

 

 

 

 

A f t ?

t

і і х . і

,

& x f

_

о

 

(62)

Т = ѵ -

£ £ - г г

 

А і - Ѵ

~ и

 

 

 

 

ш

йссіедіем сечения этой двуполостной псверхности координатными плоскостями.

I ) досмотрим случай, когда лучи распространяются из точ­ ка Öв координатной плоскости Лдя них t= 0 »

х, = 0 .

Вэтом случае уравнение распадается на д а

i - l + i t l - 'i . j i h h - О

ß+ ^ 'Q :. ■ - •

Первое 'уравнение после небольших алгебраических преобразо­ ваній получает вид


 

 

• 62

-

.

-£&

I . А£ -5З - _

»

Ж

+

0 .

с радиусои / , И эллипс.с полу-

Итак, в

сечении получился круг

ОСЯМИ

2)Пусть лучи распространяются в плоскости

іг = 0 ,

Вэтом случае таким же путем получим два уравнения

Ц - ' і ^ О

 

 

-f -

'

 

— Л

 

 

 

 

 

T T

 

PZ — U.

 

 

Получаются две

кривые:

окружность

с

радиусом

Л

и

эллипс с

полуосями

V.

,

как

это изображено

на рис.14.

При этой

окружность и эллипс пересекаются,

т .е .

имеются два

таких направ­

ления 6 В ‘ .

в , 5 ,,

по которым

обе

волны распространяются с

одной и той же

скоростью

ß z

 

• Эти

направления называются опти­

ческими осями І-го рода.