Почему один луч внутри кристалла становится двумя
В некоторых прозрачных кристаллах свет ведёт себя неодинаково в зависимости от направления его колебаний. Световая волна может колебаться в разных плоскостях; это свойство называется поляризацией. Войдя в такой кристалл, волна разделяется на два луча с разной поляризацией. Это явление называют двойным лучепреломлением.
Причина — в устройстве самого материала. Внутри кристалла атомы расположены упорядоченно, но свойства вещества могут отличаться вдоль разных осей. Поэтому электрическое поле световой волны по-разному взаимодействует с кристаллической решёткой в зависимости от направления колебаний. Для двух поляризаций кристалл словно задаёт разные оптические условия.
Как возникают две скорости
В вакууме свет распространяется с одной и той же скоростью, но в веществе его скорость зависит от того, насколько сильно материал задерживает волну. Эту задержку описывает показатель преломления: чем он больше, тем медленнее распространяется свет внутри материала. В двулучепреломляющем кристалле для двух поляризаций показатели преломления различаются — поэтому различаются и скорости.
Важно, что речь не о двух лучах, которые просто идут рядом с одинаковыми свойствами. Каждый из них связан со своей поляризацией и своим способом распространения в кристалле. На границе материала оба направления движения могут отклониться, а внутри кристалла лучи расходятся и выходят в разных местах.
Зачем это используют
Разделение позволяет управлять поляризацией света без движущихся деталей. Например, поляризационные призмы используют, чтобы разделить свет на две составляющие или, наоборот, отсеять одну из них. Такие элементы полезны в оптических приборах, где важно различать направление колебаний световой волны.
Образ двух полос движения здесь точен лишь отчасти: кристалл не назначает свету произвольные ограничения, а его упорядоченная структура по-разному замедляет две поляризации. Из-за этого один входящий световой пучок может покинуть кристалл уже двумя пространственно разнесёнными лучами.
