Кристаллооптические явления и их моделирование в диапазоне сверхвысоких частот. Молотков Н.Я - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ВВЕДЕНИЕ
Оптика является одним из важнейших разделов курса физики технического вуза. Именно в оп-
тике в последние годы произошло наибольшее число научных открытий. Оптические волновые
принципы и явления находят все большее применение в других отраслях научных знаний, напри-
мер, в радиофизике, радиотехнике, средствах связи и навигации. В связи с этим на курс оптики тех-
нического вуза нельзя смотреть как на ограниченный раздел курса физики, который изучает только
свойства света и его взаимодействие с веществом. Учитывая, что видимый свет является лишь уз-
ким участком спектра электромагнитных волн, занимающим диапазон от низкочастотных колеба-
ний до гамма-излучения, курс оптики в техническом вузе должен представлять собою единую тео-
рию широкого спектра электромагнитных волн и их взаимодействие с веществом. В связи с этим
оптические явления в курсе оптики должны экспериментально исследоваться не только в световом
диапазоне спектра электромагнитных волн, но и в радиодиапазоне электромагнитных волн. Такой
подход позволяет утвердить взгляд обучаемых на оптические явления как на электромагнитные и
вскрыть глубокое единство их природы.
В пособии впервые сделана попытка изложить основные вопросы кристаллооптики и наглядного мо-
делирования кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн (λ =
3,2 см).
С этой целью в пособии даются сведения об искусственных двоякопреломляющих анизотропных
средах для сантиметровых радиоволн: волноводных, металлоленточных и слоистых диэлектрических
структурах, последние из которых являются полным аналогом кристалла исландского шпата. На-
глядные опыты в диапазоне сверхвысоких частот на базе искусственных анизотропных сред позво-
ляют значительно расширить круг кристаллооптических явлений, изучаемых непосредственно на ос-
нове эксперимента. Например, описываются опыты по наблюдению двойного лучепреломления в
различных призмах, двойного лучепреломления в модели одноосного кристалла при различной ори-
ентации его главной оси, исследуются закономерности явления интерференции поляризованных волн
и получение волн с круговой и эллиптической поляризацией и другие. При чтении лекций по кри-
сталлооптике экспериментальные исследования в сантиметровом диапазоне радиоволн должны до-
полнять и обогащать эксперимент в оптическом диапазоне. Часть экспериментальных исследований
на основе техники СВЧ студенты продолжают в радиофизическом практикуме по кристаллооптике.
Моделирование кристаллооптических явлений в сантиметровом диапазоне радиоволн позволяет сту-
дентам не только наглядно изучать сложные физические явления, но и глубже понять физическую
сущность многих тонких явлений и процессов.
1 ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ И ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
при прохождении через кристалл исландского шпата
При изложении оптических явлений часто предполагается изотропность среды, в которой распро-
страняются световые электромагнитные волны. Очевидно, в природе существуют тела, не удовлетво-
ряющие этому требованию. Среды, физические свойства которых различны по разным направлениям,
называются анизотропными. Анизотропными являются кристаллические вещества, кристаллизующиеся
в системе со сравнительно низкой симметрией. Благодаря низкой симметрии кристаллов, их физические
свойства (теплопроводность, электропроводность и др.) по различным направлениям различны. К числу
таких анизотропных веществ относится кристалл исландского шпата или кальцита (CaCO
3
). Исландский
шпат встречается в природе в виде сравнительно крупных кристаллов, имеющих вид ромбоэдров (рис.
1).
Такое огранение кристаллов показывает, что CaCO
3
кристаллизуется в ромбоэдрической системе.
Соседние молекулы CaCO
3
располагаются по вершинам и в центре правильного ромбоэдра со стороной a =
12,72⋅10
-8
см.

Страницы