Жарық сәулесінің қосарланып сынуы. Николь призмасы.

Поляризацияланған жарық алудың бір тəсілі сəуленің

қосарланып сыну құбылысына негізделеді. Нəрсені

исландия шпаты арқылы қарағанда оның кескіні

қосарланып көрінеді. Мысалы исландия шпатын майда жазылған əріптердің үстіне қойғанда(5-сурет) бір əріп екеу болып қосарлана көрінеді. Мұның себебі: исландия шпатына енген жарық сəулесі сынып, екіге жіктеледі де, сыртқа қосарланып екі сəуле шығады. Бұл құбылыс сəуленің қосарланып сынуы деп аталады. Жарық осылайша бірсыпыра кристалдардан, мысалы, кварцтан, турмалиннан т.с., жалпы айтқанда анизотроп заттардан өткенде қосарланып сынады. Бірақ турмалин кристалының сыртына бір ғана сəуле шығады, өйткені екінші сəуле— турмалиннің ішінде толық жұтылады.

Николь призмасы - көпке танымал үйектік призмалардың бірі, ерекше сәулені өткізеді; исланд шпатынан жасалады; арнаулы жазық бойымен екіге бөлініп, Канада зомзамы арқылы бір-біріне қайтадан жапсырылған мөлдір түсті кальцит кристалынан тұрады. Жарық сәулесі призмаға енген уақытта бір-бірінен ажыраған екі сәулеге жіктеледі; кальцит кристалының бірінші сәулеге тиесілі сыну көрсеткіші 1,53—1,54 шамасында (бұл мөлшер канада зомзамының осы көрсеткішімен парапар), ал екінші көрсеткіші — 1,658 болғандыктан бірінші сәуле канада зомзамынан ешбір кедергісіз өтіп кетеді де, ажыраған (жекеленген) жарық сәулесін туындатады, ал екінші сәуле аталған канада зомзамынан толықтай шағылып, кері қайтады (толықтай тұтылады). Николь призмасының жарық сәулесін ажырату үстанымы осы механизмге негізделген. Ажыратқыш микроскопта екі николь призмасы орналасқан, оның біріншісін ажыратқыш, ал екіншісін анықтағыш немесе талдауыш деп атайды; бұл екі призма көмегімен ажыраған жарық сәулелерінің тербеліс жазықтығына тән бағыттар бір-біріне 90°-қа айырма берген жағдайда никольдер қиюласқан тұрде деп есептелінеді.

Сəуленің қосарланып сынуын зерттеу үшін исландия шпаты колайлы. Ол жұмсақ, ромбоэдр формалы болып оңай жарылады(6-сурет).

Оны шектеуші параллелограмдардың доғал бұрышы 101°52' сүйір бұрышы 78°52' болады.

Осы ромбоэдрдің үш қыры түйіскен нүктеде əрқайысы 101° 52' үш жазық бұрыш түзіледі; ромбоэдрдің мұндай төбесіндегі денелік бұрыш доғал болады. Ромбоэдрдің қарама-қарсы жатқан осындай екі доғал бұрышын жалғастыратын түзудің бағыты бойынша түскен жарық сəулелері исландия шпатында қосарланып сынбайды. Бұл бағыт оптикалық ось деп аталады. Исландия шпаты, турмалин, кварц апатит, циркон сияқты кристалдарда сəуле қосарланып сынбайтын осындай бағыт біреу ғаңа болады. Сондықтан мұндай кристалдар бір осьті кристалдар деп аталады. Ал гипс, слюда, топаз сияқты кристалдарда жарық сəулесі екі бағытта қосарланып сынбайды, демек бұлар екі осьті кристалдар болып табылады. Кристалға түскен сəуле мен сəуле түскен нүктеден өтетін оптикалық ось арқылы өтетін жазықтық кристалдың ұлы қимасы немесе ұлы жазықтығы деп аталады. Исландия шпаты кристалыньң сыртқы бетіне перпендикуляр бағытта түскен монохромат сəуле сынып екі сəулеге жіктеледі (7 а-сурет), олардың біреуінің исландия шпаты ішіндегі бағыты өзгермейді, бағыты жазық бетке тік түскен кəдімгі сəуленің бағытындай болады, сондықтан бұл сəуле кəдімгі сəуле (қысқаша 0¹) делінеді; екіншісінің бағыты өзгереді, сондықтан ол өзгеше сəуле (қысқаша е¹) деп аталады. Өзгеше сəуле исландия шпатынан шыққанда сынады да кəдімгі сəулемен параллель болып таралады. Зерттей келгенде бұл сəулелердің екеуі де толық поляризацияланған болып шықты; кəдімгі сəуле кристалдың ұлы қимасында, өзгеше сəуле ұлы қимаға перпендикуляр жазықтықта поляризацияланған, яғни кəдімгі сəуле электр векторы кристалдың ұлы қимасына перпендикуляр жазықтықта тербеледі, өзгеше сəулеге тəн электр векторы кристалдың ұлы қимасы жазықтығында тербеледі.

Егер параллель сəулелер шоғы исландия шпаты кристалының сыртқы бетіне көлбей түссе(7б-сурет), онда пайда болған кəдімгі жəне өзгеше сəулелер кристалдан шыққанда сынады. Бұл сəулелердің түсу жəне сыну бұрыштарын өлшеп, олардың əрқайсысына сəйкес исландия шпатының сыну көрсеткішін табуға болады.

Жарық сəулесінің қосарланып сыну теориясын алғаш(1690 ж.) Гюйгенс ұсынып, оны кейін(1822 ж.) Френель біраз дамытты. Бұл теория бойынша кристалға, мысалы, исландия шпатына жарық толқыны енгенде сол кристалдың ішінде екі түрлі толқын таралады, олардың біреуі— барлық жаққа бірдей жылдамдықпен таралатын кəдімгі сəулелер толқыны, олардың ұштарының геометриялық орыны сфера бет болады; екіншісі—таралу жылдамдығы тұрақты емес кристалдың осіне қатысты алынған бағытқа байланысты өзгеріп отыратын өзгеше сəулелер толқыны олардың ұштарының геометриялық орыны айналыс эллипсоид беті болады. 8-суретте исландия шпатында пайда болатын кəдімгі жəне өзгеше толқындар толқындық беттерінің қимасы кескінделген. Мұндағы А шеңбері— кəдімгі толқын бетінің қимасы; В эллипсі— өзгеше толқын бетінің қимасы, мұнда эллипсоидтың қысқа жарты осі сфералық беттің радиусына дəл келеді.

Мысалы, исландия шпаты.кристалының сыртқы MN жағына (9-сурет) жарықтың параллель сəулелерінің шоғы көлбей түскен болсын. Кристалдың OO ' оптикалық осі оның сындырғыш жағы мен қиғаш бұрыш түзіп орналасқан жəне ол жарықтың тусу жазықтығында жатқан болсын. Жарықтың шеткі сəулесі MN жазықтығына жеткен кездегі жарықтың толкындық бетінің қалпы AB мен кескінделінсін. Сонда А нүктесінен екі түрлі жылдамдықпен екі элементар толқын таралады. Олардың біреуі кристалдың ұлы қимасына перпендикуляр бағытта тербеледі, барлық жаққа бірдей жылдамдықпен таралады, сондыктан оның беті сфералық бет болады. Бұл кəдімгі сəулеге тəн

толқын беті болып табылады. Шеткі S₂ сəуле, яғни толқындық беттің В нүктесі, MN жазықтығының С нүктесіне жеткенде А-дан шыққан кəдімгі сəуле толқынының беті радиусы AD-ға тең сфералық бет болады; онымен чертеж жазықтығы нүктелермен кес-кінделген шеңбер бойымен қиылысады. Енді С нүктесі арқылы сфераға жанама етіп CD жазықтығын жүргізсек, сонда кəдімгі сəулелер С толқындық бетке перпендикуляр АО бағытта таралады. Кристалдың А нүктесінен шыққан екінші жарық толқыны кристалдың ұлы қимасы жазықтығында тербеледі, түрлі жаққа түрліше жылдамдықпе таралады, сондықтан бұл толқынның беті айналыс эллипсоидының бетіндей болады. Бұл— өзгеше сəулеге сай толқын. Онымен чертеж жазықтығы нүктелермен кескінделген эллипс бойымен қиылысады. Бұл эллипстің үлкен осі исландия шпаты кристалының 00' оптикалық осіне перпендикуляр. Енді С нүктесі арқылы осы зллипсоидқа жанама етіп CEжазықтығын жүргізсек, сонда өзгеше сəулелер A_е бағыты бойынша таралады, ол СЕ толқындық бетке перпендикуляр емес. Енді жарық шоғы исландия шпатының сыртқы MN жағына перпендикуляр бағытта түскен болсын(10-сурет). Кристалдың OO' оптикалық осі оның сындырғыш бетіне параллель орналасқан жəне жарықтың түсу жазықтығында жатқан болсын.

Сонда жарықтың шеткі S₁ жəне S₂ сəулелері түскен А жəне В нүктелерінен екі-екіден элементар толқындар таралады. Осы екі нүктеден бір мезгілде, таралған кəдімгі толқындардың сфералық толқын беттеріне ортақ СО жанама жазықтық бұрылмай таралған кəдімгі сəулелерге тəн толқындық бет болады. Сол нүктелердің әрқайсысынан бір мезгілде таралған өзгеше толқындардың айналыс зллипсоидтары беттеріне ортақ ЕҒ жанама жазықтық өзгеше сəулелерге тəн толқындық бет болып табылады.

Өзгеше сəуленің кристалдың ішінде таралу бағыты толқындық бетке перпендикуляр емес, сондықтан бұл сəуленің түсу бұрышы синусының сыну бұрышы синусына қатынасы тұрақты шама болмайды, басқаша айтқанда өзгеше сəуле жарықтың изотроп орталар шекарасында сыну заңына бағынбайды.