Дволомност

Дволомност – оптичка особина на материјалите кои имаат показател на прекршување кој зависи од поларизацијата и насоката на простирање на светлината. Таквите анизотропијаанизотропни материјали се нарекуваат „дволомци“ (двојно рефрактирачки материјали). Дволомноста често се квантифицира како максимална разлика меѓу индексите на прекршување пројавени од материјалот. Кристалите со некубична кристална структура се често дволомни, како и пластичните материјали под механичко напрегање.
Дволомноста е одговорна за појавата на двојно прекршување, кога светлински зрак паѓа на дволомен материјал поларизацијата го дели на два зрака со малку различни патеки. Тој ефект за првпат е опишан од данскиот научник Расмус Бартолин во 1669 година, кој го набљудувал во калцит, кристал кој има еден од најголемите двојни прекршувања. Сепак, дури во XIX век Огистен Френел ја опишал појавата од гледна точка на поларизацијата, разбирајќи ја светлината како бран со компоненти на поле при попречна поларизација (нормална на насоката на брановиот вектор).
1 Објаснување
Ова е квалитативно објаснување на појавата.
1.1 Едноосни материјали
Наједноставниот вид на дволомен материјал е опишан како ''униаксијален'' или ''едноосен'', што значи дека постои еден правец на управување на оптичката анизотропија при што сите правци нормални на него (или под даден агол на него) се оптички еквивалентни. Значи вртењето на материјалот околу оваа оска не го менува неговото оптичко однесување. Овој правец е познат како оптичка оска на материјалот. Светлина чија поларизација е ''нормална'' на оптичката оска се управува од показател на прекршување (за "обичен"). Светлина чија поларизација е ''во правец на'' оптичката оска оди со оптички индекс (за "необичен"). За кој било правец на зрак постои линеарен правец на поларизација нормален на оптичката оска, и ова се нарекува ''обичен зрак''. Сепак, за кои било правци на зраци кои не се паралелни со оптичката оска, правецот на поларизација нормален на поларизацијата на обичниот зрак делумно ќе биде во правецот на оптичката оска, и истиот се нарекува ''необичен зрак''. Обичниот зрак секогаш ќе подлежи на показател на прекршување , додека показателот на прекршување на необичниот зрак ќе биде меѓу и , во зависност од правецот на зракот како што е опишано со елипсоидот на показателот на прекршување. Големината на разликата е квантифицирана со дволомноста:
:<math>\Delta n=n_\mathrm{en_\mathrm{o}\,.</math>
Распростирањето (исто како и коефициентот на одбивање) на обичниот зрак е едноставно опишан со како да нема вклучено дволомност. Сепак распростирањето на необичниот зрак, како што сугерира името, не е исто со ниеден бран во хомоген оптички материјал. Неговото прекршување (и одбивање) на површината може да се разбере користејќи го делотворниот показател на прекршување (вредност меѓу and ). Сепак фактички тоа е нехомоген бран чиј тек на моќта (даден со Појнтинговиот вектор) не е точно во правец на брановиот вектор. Ова предизвикува додатно поместување во тој сноп, дури и кога паѓа под нормален агол, како што многупати набљудувано користејќи кристал од калцит како што прикажано на горната слика. Вртењето на кристалот калцит ќе предизвика една од двете слики, таа на необичниот зрак, лесно да се заврти околу онаа на обичниот зрак, која останува фиксна.
Кога светлината се распростира долж или ортогонално на оптичката оска, такво бочно поместување не постои. Во првиот случај, двете поларизации подлежат на истиот делотворен показател на прекршување, така што нема необичен зрак. Во вториот случај необичниот зрак се распростира со различна фазна брзина (соодветно на ), но тој не нехомоген бран. Кристал со својата оптичка оска со оваа ориентација, паралелен на оптичката површина, може да се користи за да се создаде бранова плоча, на која нема дисторзија на сликата, но намерна модификација на состојбата на поларизација на упадниот бран. Така на пример, четвртбранова плоча се користи за да се создаде циркуларна поларизација од линеарно поларизиран извор.
1.2 Двоосни материјали
Случајот со таканаречените двоосни (двоаксијални) кристали е значително покомплексен. Овие кристали се одликуваат со „три“ показатели на прекршување кои соодветствуваат на трите основни оски на кристалот. За повеќето правци на зраците, ''двете'' поларизации би се класифицирале како необични зраци, но со различни делотворни показатели на прекршување. Сепак, иако се необични бранови, правецот на текот на моќноста не е идентичен со брановиот вектор во двата случаи.
Двата показатела на прекршување можат да се одредат користејќи ги елипсоидите на показателот на прекршување за дадените правци на поларизацијата. Треба да се назначи дека за двоосни кристални елипсоидот на показателот на прекршување ''нема'' да биде вртежен елипсоид ("сфероид"), туку е опишан со три нееднакви показатели на прекршување , and . Така, не постои оска околу која ротацијата ги остава оптичките својства непроменливи (како што е случајот со едноосните кристали чиј елипсоид на показателот на прекршување "е" сфероид).
Иако не постои оска на симетрија, постојат ''две'' оптички оски или ''бинормали'' кои се дефинирани како правци долж кои светлината може да се распростира без дволомност, односно правци долж кои брановата должина е независна од поларизацијата. Од оваа причина, дволомните материјали со три различни показатели на прекршување се нарекуваат ''двоосни''. Дополнителни, постојат две различни оски познати како ''оптички зрачни оски'' долж кои групната брзина на светлината е независна од поларизацијата.
1.3 Двојно прекршување
Кога произволен сноп светлина падне на површина на дволомен материја, поларизациите кои соодветствуваат на обични и необични зраци во општ случај имаат различни патишта. Неполаризираната светлина се состои од еднаква количина енергија во која било од двете ортогонални поларизации, а дури и поларизираната светлина (освен во посебни случаи) ќе има некоја енергија во секоја од овие поларизации. Согласно Снелов законСнеловиот закон за прекршување, аголот на прекршување ќе биде управуван од делотворниот показател на прекршување кој е различен за овие две поларизации. Ова јасно се гледа, на пример, кај Воластонова призмаВоластоновата призма која е дизајнирана да ја раздвои влезната светлина во две линеарни поларизации користејќи дволомен материјал како што е калцитот.
Различните агли на прекршување за двете компоненти на поларизација се прикажани на сликата на почетокот на страницава, со оптичката оска долж површината (и нормалната на упадната рамнина), така што аголот на прекршување е различен за поларизацијата ("обичен зрак" во овој случај, со нејзината поларизациона компонента нормална на оптичката оска) и поларизацијата ("необичен зрак" со поларизациона компонента долж оптичката оска). Дополнително, различен облик на двојно прекршување постои во случаите каде оптичката оска не е долж површината на прекршува (ниту нормално на неа). Во овој случај електричната поларизација на дволомниот материја не е точно во правец на електричното поле на бранот за необичен зрак. Правецот на текот на моќноста (даден со Појнтинговиот вектор) за овој нехомоген бран е на конечен агол од правецот на бранов векторбрановиот вектор што резултира со дополнително раздвојување на овие снопови. Така, дури и во случај на упад под нормален агол, каде аголот на прекршување е нула (согласно Снеловиот закон, без разлика на делотворниот показател на прекршување), енергијата на необичниот зрак може да се распростира под агол. Ова може да се набљудува на парче калцит соодветно пресечено во однос на неговата оптичка оска, поставено над хартија со текст, како на горните две фотографии.