Искусственная оптическая поляризация. Эффект Керра и Коттона- Мутона.

Оптически изотропные вещества могут стать анизотропными под действием ряда внешних воздействий, это явление называют искусственной оптической анизотро­пией.

Фотоупругость (или пьезооптический эффект) - возник­новение оптической анизотропии в первоначально изотропных веществах под воздействием механических напряжений Этот эффект первыми обнаружили Т. Зеебек (1813г.) и Д. Брюстер (1816г.). Например, при одностороннем сжатии или растяжении стеклянная пластина приобретает свойства одноосного кри­сталла, оптическая ось которого совпадает с направлением сжа­тия или растяжения. При этом разность показателей преломле­ния обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси, пропорциональна напряже­нию σ

n_o – n_e = k σ,

где k – коэффициент, зависящий от свойств вещества. Явление искусственной оптической анизотропии при деформациях ис­пользуется для обнаружения остаточных внутренних напряже­ний, которые могут возникать в изделиях из стекла и других прозрачных изотропных материалов вследствие несоблюдения технологии их изготовления. Оптический метод изучения на прозрачных моделях распределения внутренних напряжений, возникающих в различных деталях машин и сооружений ши­роко применяется в современной технике.

Схема установки для исследования эффекта Керра по­казана на рис. Ячейку Керра помес­тили между скрещен­ными поляризатором и анализатором. Ячейка Керра представляет собой герметичный со­суд а с жидкостью, в которую погружены обкладки плоского конденсатора. При подаче на пластины на­пряжения между ними возникает однородное электрическое поле. Под действием этого поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого ориентирована вдоль поля. Возникающая разность показателей преломления n_o и n_e пропорциональна квадрату напряженности поля Е

n_o – n_e = k Е²,

или разность фаз

где В – постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны λ₀ и температуры, l – длина ячейки Керра.

Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью моле­кул по разным направлениям. В отсутствие поля молекулы ори­ентированы хаотично, поэтому жидкость не обладает анизотро­пией, Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направле­ние наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В ре­зультате жидкость становится оптически активной. Эффект Керра безынерционен: время, за которое вещество переходит из анизотропное состояние в изотропное и обратно, не превышает 10^-9с. Ячейки Керра применяются при записи звука на кино­пленку, а в сочетании со скещенными поляризатором и анализа­тором в скоростной съемке.

Эффект Коттона–Мутона (аналог эффекта Керра в магнитном поле)- это явление возникновения оптической анизотропии у неко­торых веществ при помещении их в магнитное поле. В доста­точно сильных магнитных полях возникает анизотропия, появ­ляется двойное лучепреломление. В этом случае среда ведет себя как оптически одноосный кристалл, ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности магнитного поля H. Возникающая разность по­казателей преломления для необык­новенного и обыкновен­ного лучей монохромати­ческого света при его рас­пространении в направле­нии, перпен­дикулярном вектору Н, и пропорциональна квадрату напряжен­ности поля Н:

n_е – n_o = Cλ₀ H²

где C – постоянная Коттона–Мутона, зависящая от природы ве­щества, длины волны λ₀ и температуры.

Линейный электрооптический эффект Поккельса – явле­ние изменения двойного лучепреломления вещества из-за сме­щения собственной частоты во внешнем электрическом поле:

n_е – n_o = αE.

В отличие от эффекта Керраэлектрооптический эффект Пок­кельса пропорционален напряженности электрического поля.

Поиск по сайту: