کریستالهای دوشکستی Birefringence Crystals
انواع کریستالها
کریستال همسانگرد
وقتی پرتوی به
مواد اپتیکی معمولی ، مانند
بلور نمک طعام وارد می‌شود، در همان راستا ولی با کمی جابجایی از داخل
بلور خارج می‌شود. یعنی پرتو ورودی و خروجی موازی و هم راستا می‌باشند. قانون حاکم در عبور
نور از یک محیط به محیط دیگر
قانون اسنل می‌باشد که این مواد از آن پیروی می‌کنند. در این مواد که به مواد همسانگرد معروفند، برای یک
طول موج ، یک
ضریب شکست خواهیم داشت. بنابراین اگر نور تکفامی را در هر جهتی به جسم بتابانیم، در داخل آن
سرعت یکسانی خواهد داشت.
کریستال ناهمسانگرد
کریستالهایی داریم که در مقابل تابش نور ، درجهتهای مختلف در داخل خود ، خواص متفاوتی از خود بروز می‌دهند. این مواد به کریستالهای ناهمسانگرد معروفند. کریستالهای دوشکستی از این نوع هستند که از یک پرتو غیر قطبیده ، دو
پرتو قطبیده درست می‌کنند که
قطبشهای آنها بر هم عمودند.
پدیده
شکست دوگانه اولین بار در قرن 17 توسط «
بارتولینوس» کشف شد. کریستالهای دوشکستی علاوه بر این که
قطبنده‌های خطی هستند، برای تغییر دادن نوع قطبش یک باریکه نور هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تیغه‌های ربع موج و
نیم موج کریستالهای دو شکستی هستند که برای این منظور استفاده میشوند.
پرتوهای عادی و غیرعادی
- نور در داخل کریستال دوشکستی ، به دو امتداد تجزیه می‌شود ، پس از عبور نیز دو مولفه خروجی برای این نور خواهیم داشت.
- یکی از این پرتوها از قانون شکست اسنل پیروی می‌کند که آ ن را پرتو عادی می‌گویند، ولی پرتو دوم از این قانون تبعیت نمی‌کند وآن را پرتو غیرعادی می‌نامند.
- سرعت پرتو عادی در همه جهتها در داخل بلور یکسان است و ضریب شکست بلور نیز برای این پرتو ثابت است. پرتو غیر عادی در جهتهای مختلف داخل بلور ، سرعت متفاوتی دارد و ضریب شکست بلور نیز بسته به سرعت پرتو متفاوت می‌باشد.
- قطبش پرتو عادی عمود بر صفحه تابش است، ولی قطبش پرتو غیرعادی ، روی صفحه تابش می‌باشد، به عبارتی قطبش این دو پرتو بر هم عمود است ( صفحه تابش ، صفحه‌ای است که شامل پرتو تابش وخط عمود برسطح جدایی دو محیط می‌باشد).
محور نوری
- پرتوهای عادی و غیر عادی در امتداد خاصی در داخل کریستال ، سرعت یکسانی خواهند داشت که این امتداد را محور نوری کریستال می‌نامند. در روی این محور ، تمام خصوصیات پرتو عادی و غیر عادی یکسان است و ضریب شکست بلور برای هر دو پرتو در روی این محور، یکی می‌باشد.
- کریستال دو شکستی به دلیل وجود این دو پرتو ، از یک جسم دو تصویر ایجاد می کند و باعث تولید نور قطبیده می‌شود.
- اگر جلوی یکی از این پرتوها را سد یا آن را منحرف کنیم، در حالی که مولفه دیگر از بلور عبور می‌کند، می‌توان به یک درجه قطبش عالی دست یافت. منشور نیکول اولین کریستال قطبنده‌ای است که برای این منظور ساخته شده است.
تصویر حاصل از کریستال دوشکستی
- بلور کلسیت یک کریستال دو شکستی می‌باشد که اگر با آن به نوشته روی کاغذ نگاه کنیم، دو تصویر خواهیم دید.
- با چرخش کلسیت روی کاغذ ، یکی از تصویرها ثابت مانده و تصویر دوم حول تصویر ثابت خواهد چرخید. تصویر ثابت ، حاصل از پرتو عادی می‌باشد و تصویر چرخان ، از پرتو غیرعادی بدست می‌آید. این دو تصویر در روی محور نوری کلسیت ، بر روی هم منطبق میشوند.
- در واقع اگر یک چشمه نقطه‌ای نور را درون بلوری مثل کلسیت تصور کنیم، دو دسته جبهه موج متفاوت خواهیم داشت، جبهه موج مربوط به پرتو عادی ، که کروی است و جبهه موج متناظر با پرتو غیر عادی ، که بیضوی دوار است ( بیضوی دوار رویه‌ای است که از دوران بیضی حول قطر کوچک یا بزرگ آن بدست می‌آید، که این محور چرخش ، در امتداد محور نوری واقع است).
انواع کریستالهای دو شکستی
- اگر ضریب شکست پرتو عادی را با no و ضریب شکست پرتو غیرعادی را با ne نشان دهیم، اختلاف این دو
Δn = ne - no مشخصه‌ای برای تعیین نوع کریستال دو شکستی خواهد بود.
- کریستالهایی که Δn مثبت دارند، کریستال دو شکستی مثبت نامیده میشوند. در این کریستالها ، جبهه بیضوی دوار بطور کامل درون جبهه کروی محاط خواهد بود، یعنی سرعت پرتو عادی بیشتر از سرعت پرتو غیرعادی می باشد. کوارتز از این نوع می‌باشد.
- کریستالهایی که Δn منفی دارند، کریستال دو شکستی منفی نامیده میشوند. در این نوع کریستالها که کلسیت نمونه‌ای از آنها می‌باشد، جبهه بیضوی دوار بطور کامل ، بر جبهه کروی محیط خواهد بود، یعنی سرعت پرتو غیرعادی همه جا از سرعت پرتو عادی بیشتر است.
- حالت 0 = Δn مربوط به محور نوری کریستال می‌باشد.
حالتهای ویژه
- در مورد موج غیرپلاریزه: اگر محور نوری با خط عمود بر سطح زاویه 0 یا 90 درجه بسازد ( یعنی محور نوری ، عمود یا موازی سطح باشد) موج ما بصورت قائم برسطح کریستال فرود آید، پرتوهای عادی و غیرعادی در یک راستا پیش می‌روند.
- اگر محور نوری موازی سطح کریستال باشد، دو پرتو با اینکه در یک راستا پیش می‌روند ولی با دو سرعت متفاوت منتشر میشوند. این پدیده در ساختن تیغه‌های ربع موج و نیم موج مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- اگر محور نوری عمود بر سطح کریستال باشد، هر دو پرتو نه تنها در یک راستا منتشر میشوند، بلکه سرعت یکسانی هم خواهند داشت.
- در مورد موج پلاریزه خطی در مورد فرود عمودی باریکه پلاریزه خطی ، حالتهای خاص زیر را خواهیم داشت:
- اگر محور نوری موازی سطح باشد و راستای ارتعاش پرتو فرودی عمود بر سطح باشد، پرتو بصورت پرتو عادی از سطح خواهد گذشت و مولفه غیرعادی وجود نخواهد داشت.
- اگر راستای ارتعاش فرودی ، موازی سطح باشد، پرتو بصورت پرتو غیر عادی می‌گذرد و مولفه عادی وجود نخواهد داشت.
- در سایر حالتهای پلاریزاسیون باریکه فرودی ، هر دو مولفه عادی و غیرعادی وجود خواهند داشت. اگر میدان الکتریکی وابسته به موج پلاریزه فرودی ، با امتداد محور نوری زاویه‌ای بسازد، باریکه خروجی قطبش بیضوی خواهد بود.
- در حالت کلی در مورد باریکه فرودی پلاریزه خطی، اگر اختلاف فاز پرتوهای عادی و غیرعادی مضرب صحیحی از فاز 180 درجه باشد، نور خروجی قطبش خطی خواهد بود. بازای سایر مقادیر اختلاف فاز ، باریکه خروجی قطبش بیضوی می‌باشد.
مباحث مرتبط با عنوان
