Калитеевский Н.И. - Волновая оптика (1070655), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

3.7, б), также изготовленные из ислаидекого шпата, но без склейки канадским бальзамом. Направления оптических осей в двух кусках исландского шпата, из которых состоит такая двоякопреломляющая призма, ортогональны. Поэтому внутри призмы обыкновенный и необыкновенный лучи расходятся и выходят из нее под разными углами (рис. 3.7, б). Таким образом, получаются два расходящихся луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях. Напоминаем, что из призмы Николя (рис. 3.7, а) выходит один полностью поляризованный луч. Кроме описанных существуют также поляризаторы, в которых используется явление дихроизжа — избирательное поглощение некоторыми кристаллами света определенной поляризации.

Наиболее известный кристалл такого рода — турмалин, в котором практически нацело поглощается обыкновенный луч, а необыкновенный луч опре- деленного спектрально- Ь го состава (желто-зеленая область спектра) проходит. Поэтому турмалин является не только поляризатором, но н своеобразным свето- '4' ' фильтром. Дихроизм— р довольно сложное явле- ние и здесь не обсужРне. 3,3 К зннзотропнн, нозннкзющей прн Лефорнзпнн прозрачного нзотропного тела наиболее важны его приложения при изготовлении поляроидов, которые нашли широкое применение в науке и технике. Поляроид представляет собой тонкую пленку из множества мелких и очень дихроичных кристаллов, нанесенную на целлулоид или какую-либо другую прозрачную подложку.

Таким образом, удается получить большие листы, практически нацело поляризующне свет почти во всей видимой области спектра; лишь для фиолетовых и красных лучей степень поляризации сравнительно невелика. В заключение вернемся к качественной характеристике природы явлений, приводящих к возникновению двойного лучепреломления и других особенностей распространения света в кристаллах.

Очевидно, что анизотропия среды служит тем основным физическим свойством, которое и обусловило рассмотренные экспериментальные факты. Но, по-видимому, следует говорить об анизотропии как о каком-то интегральном эффекте, связанном с упорядоченным расположением молекул, а не об асимметрии самих молекул, которая должна усредниться при их хаотическом расположении и в общем случае не может привести к возникновению преимущественных направлений в изучаемом веществе.

Как уже указывалось, внешним воздействием изотропное тело можно сделать анизотропным. Следовательно, можно искусственно создать двоякопреломляющую среду. Ниже излагаются два наиболее характерных способа получения искусственного двойного лучепреломлеипя. !. Анизотропяя прн деформациях. Если подвергнуть какое-либо прозрачное тело сжатию (или растяжению), то в результате такого воздействия образуется своео( ззный «квазикристалл», оптическая ось которого проходит в направлении сжатия (растяжения). Симметрия всех свойств вещества в плоскости, перпендикулярной направлению сжатия, совершенно очевидна, поэтому в данном случае имеет смысл говорить о возникновении одноосного квазикристалла.

Это явление легко наблюдать на опыте, схема которого приведена на рис. 3.8. Через тело, подвергшееся сжатию, пропускают свет в направлении, перпендикулярном образовавшейся оптической оси; следовательно, в нем должна возникнуть эллиптическая поляризация. Для измерения Лп в схему введена пластинка в четверть длины волны, а колебания вектора Е, пропущенные поляризатором Р, и анализатором Р„ должны составлять угол и/4 с осью квазикристалла. Оказывается, что, Лп Р, где Р— сила натяжения, возникающего в веществе. Следовательно, измеряя Рис. 3.9.

Картины, создаваемые механическими Ла, можно оценить нагруз- напРЯжениЯми в стекле при освеп(енин его по- ляризованным светом ку, дайс Вующую на ис~едуемое тело. Это позволяет лелаво Установленными поляронданн (а) н не. оптический МЕтпд ждУ перпвнднкУларно Установлвнаымн полЯ- ронданп (б) исследования напряжений в различных системах.

Конечно, он пригоден лишь для прозрачных тел, но позволяет моделировать механическую систему и оценивать напряжение в различных ее частях. Оптический метод также широко используется для исследования напряжений в оптическом стекле, возникающих при его изготовлении. Все детали ответственных оптических узлов, как правило, просвечивают поляризованным светом для обнаружения в них возможных остаточных напряжений.

На рис. 3.9 проиллюстрированы поляризационные опыты со стеклами, в которых натяжения образовались при термической обработке. Разность Ла = аа — по оказывается зависящей от длины волны, и при освещении таких стекол немонохроматическим излучением картина в поляризованном свете получается разноцветной. 2. Анизотропия в электрическом поле. Возникновение анизотропии в электрическом поле было обнаружено Керром в 1875 г. и с тех пор широко используется в технике эксперимента. В настоящее время явление Керра хороша исследовано как экспериментально, так и теоретически.

Это оказалось возможным благодаря тому, что эффект наблюдается в веществах, находящихся в жидком и даже газообразном состоянии, а их изучение несравненно проще изучения твердого тела. Схема опыта относительно проста (рис. 3.10). Между двумя скрещенными поляризаторами Р, и Р, располагают плоский конденсатор. Между пластинами конденсатора помещают кювету с жидким нитробензолом — веществом, в котором изучаемый эффект весьма велик. 93 Ири включении напряжения происходит поляризация молекул питробензола и их выстраивание.

Тем самым создается анизотропия вещества с преимущественным направлением (оптической осью квазикристалла) вдоль электрического поля. Так же как и при механической деформации, излучение становится эллиптически поляризованным и частично проходит через второй поляризатор, скрещенный с первым, т. е. установленный так, чтобы не пропускать линейно поляризованный свет. Опыт дает Ьп = п, — пя = КЕ*, где К— некая константа, как правило, положительная. Однако для некоторых веществ К оказывается меньше О (это значит, что пе ) л„т. е. образуется «отрицательный» квазикристалл). я/4 рз Рис.

3.10. Схема оиыта с ячейкой Рис. 3.11. Схема измерения инерци- Керра онностн ячейки Керра Такой эффект был объяснен Борном, дополнившим исходную теорию явления, развитую Ланжевеном. В теории Ланжевена предполагалось возникновение и выстраивание наведенных электрическим полем (индуцированиых) дипольных моментов, тогда как в дополнении Бориа учитывалась также ориентация постоянных дипольных моментов, которыми обладают некоторые жидкости. Знак постоянной Керра обусловлен относительной ролью этих двух физических процессов. Абсолютное значение константы К характеризует пригодность данного вещества к использованию его в ячейке Керра.

Обычно постоянной Керра называют эту величину, выраженную в длинах волн, т. е. К/)с. Она заметно уменьшается с повышением температуры жидкости, так как тепловое движение молекул препятствует нх ориентации. Для нитробеизола она достаточно велика — эффект легко наблюдается при подаче на конденсатор импульса напряжения с амплитудой в несколько сотен вольт. Наблюдение эффекта Керра в других жидкостях (а особенно в газах) требует использования значительно большей напряженности электрического поля.

Наиболее важной особенностью эффекта Керра, обусловившей широкое его применение, является весьма малая инерционность. Это свойство ячейки Керра проверялось в остроумных опытах (схема опытов изображена на рис. З.И), а в последующем детально исследовалось в большом числе экспериментов. Источник света (конденсированная искра) и конденсатор Керра получают напряжение от одного источника тока. Как только произошел пробой газа между электродами 94 (искра) и возник связанный с этим пробоем импульс света, начинает постепенно исчезать эффект Керра; что вызвано релаксацией дипольных моментов молекул. Системой зеркал можно удлинить путь от источника света до ячейки Керра. Опыты показали, что, пока свет проходит расстояние 400 см, все следы двойного лучепреломления успевают исчезнуть. Отсюда была найдена инерционность процесса, характеризуемая средним временем т ж 10-' с.

В последующих прецизионных опытах было учтено время пробоя газа и была установлена еще меньшая инерционность эффекта (т ( 1О-в с). Таким образом, открылась возможность создания практически безынерционного оптического затвора и тем самым были зало ены основы физики очень быстрых процессов («наносекундная техника»; 1 нс = 10-' с). За последнее время эта техника приобрела особое значение в связи с возможностью получения очень больших мощностей светового потока в лазерах. Действительно, если возбудить в твердотельном лазере импульс света с энергией 10 Дж и продолжительностью 10-' с, то мощность такого импульса составит 10 кВт.

Если же с помощью какого-либо быстродействующего устройства (например, ячейки Керра) заставить высветиться эту систему за время порядка 1О-' с, то мощность импульса составит уже 1 ГВТ. Такие «гигантскне импульсы» обладают некоторыми совершенно новыми физическими свойствами. Использование подобных сверхмощных световых потоков играет большую роль в области бурно развивающейся нелинейной оптики, а также при решении различных технических задач. й 3.2. РАспРОстРАнение электРОмдгнитнОН ВОлны В АНИЗОТРОПНОИ СРЕДЕ Эв = емЕ» + ев»Е» + ев»Е», Ов емЕ» + ев»Е» + ев»Е» 1!в = ев»Е»+ ев»Е»+ ев»Ев.

Характеристики

Список файлов книги