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

Текст из файла

Колебания и волны. Волновая оптика

Если в качестве источника света использовать лазер, то интерференционная картина, естественно, получается одноцветной, но зато очень чёткой. Небольшое отклонение оптической оси кристалла от нормали к поверхности пластинки сразу проявляется в искажении центральной симметрии интерференционной картины. Поэтому поляризационно–оптический метод наблюдения кристаллов в сходящемся лазерном пучке света (т.н. «метод лазерной коноскопии ») широко используется для точного определения ориента­ция оптической оси кристаллов. Кроме того, метод позволяет легко отличать одноосные двоякопреломляющие кристаллы от двуосных.

§7. Искусственная оптическая анизотропия

Все физические воздействия, способные ориентировать структурные элементы первоначально изотропного вещества, могут вызывать возникновение искусственной оптической анизотропии. Ос­тановимся кратко на основных способах формирования искусствен­ной оптической анизотропии.

1. Пьезооптический эффект («фотоупругость»)

Пьезооптический эффект состоит в появлении оптической анизотропии при приложении к первоначально изотропному твёрдо­му телу (в частности, полимеру) механического напряжения. Физический механизм этого эффекта ясен из рис.5.15,а – при растя­жении или сжатии твёрдого тела вдоль какой-либо оси происходит увеличение или уменьшение расстояния между атомами вдоль этой оси со всеми вытекающими отсюда последствиями. Очевидно, знак n_е – n_о зависит от характера воздействия (растяжение или сжа­тие); эффект является линейным по напряжению:

n_е – n_о = K₁. (5.17)

Здесь  = F/S – механическое напряжение, K₁ – упругооптическая постоянная (иногда её называют постоянной Брюстера). Типичные величины упругооптической постоянной для стёкол лежат в пределах K₁ = 10^-12–10^-11 м²/Н.

Линейная зависимость между  и (n_е – n_о) выполняется только при не очень больших механических напряжениях.

Метод фотоупругости используется для изучения распределе­ния механических напряжений в сложных деталях, для которых рас­чётные методы неэффективны. Для этого изготавливается модель детали из прозрачного вещества и подвергается требуемым воздей­ствиям; в некоторых случаях удобнее нанести на поверхность де­тали полимерное покрытие, которое затем под нагрузкой исследу­ется в отражённом поляризованном свете.

2. Электрооптические эффекты

Электрооптический эффект – это появление оптической анизотропии первоначально изотропного вещества при помещении его в электрическое поле. Наблюдаются электрооптические эффекты двух типов: линейный и квадратичный.

а. Эффект Поккельса – линейный электрооптический эффект, который удаётся наблюдать только в пьезоэлектрических кристал­лах. Пьезоэлектриками называют вещества, сжатие или растяжение которых по определённым направлениям сопровождается появле­нием электрической поляризации (т.н. «прямой пьезоэффект ») и наоборот, приложение электрического поля вызывает растяжение или сжатие кристалла по направлению поля («обратный пьезоэффект »). Поскольку связь между деформацией и напряжённостью электрического поля для пьезоэлектриков линейна, по аналогии с упругооптическим эффектом имеем:

n_е – n_о = K₂Е, (5.18)

где E – величина напряжённости электрического поля, K₂ – постоянная Поккельса. Для типичного пьезоэлектрика – ниобата лития LiNbO₃ – величина постоянной Поккельса K₂ = 3,710^-10 м/В.

Кроме того, для изготовления «оптических затворов» на основе эффекта Поккельса используют такие пьезоэлектрики, как дигидрофосфат калия (КДР) – KH₂РО₄ и дигидрофосфат аммония (АДР) – NH₄H₂PO₄.

Для того, чтобы пластинка ниобата лития толщиной порядка миллиметра выполняла роль «полуволновой» пластинки, необходимо приложить к ней электрическое поле с напряжённостью Е  510⁵ В/м.

б. Эффект Керра – квадратичный электрооптический эффект. Эффект Керра наблюдается в жидкостях, стёклах, а также кристаллических веществах (не в пьезоэлектриках!). В результате прило­жения к этим веществам электрического поля появляется оптиче­ская анизотропия (оптическая ось направлена вдоль поля), причём различие между показателями преломления обыкновенного и необык­новенного лучей, квадратично зависит от величины поля:

n_е – n_о = K₃Е², (5.19)

Величина постоянной Керра для нитробензола, например, равна K₃ = 10^-18 м²/В². В электрическом поле Е = 10⁶ В/м разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами достигает  («пла­стинка /2»), если толщина слоя нитробензола h = 20 см.

Физическая причина эффекта Керра состоит в ориентации структурных элементов вещества (например, молекул нитробензола) в электрическом поле, либо в искажении электронных оболочек мо­лекул или атомов в электрическом поле. В первом случае эффект Керра называется ориентационным, он может наблюдаться только в веществах, состоящих из дипольных молекул. Эффект Керра второго типа (“поляризационный”) характерен для веществ, молекулы или атомы которых первоначально не обладают дипольными моментами, но достаточно сильно поляризуются в электрическом поле.

Благодаря квадратичности эффекта Керра, переменное электри­ческое поле достаточно мощного лазерного излучения будет вызы­вать в этом веществе появление оптической анизотропии. Её лег­ко обнаружить, пропуская луч света через вещество, находящееся под воздействием мощного лазерного облучения. Такой эффект Керра называют “оптическим”. Оптический эффект Керра – типичный пример нарушения принципа суперпозиции электрических полей. В этом случае волна лазерного излучения изменяет свойства среды и таким образом влияет на распространение в этой среде другой световой волны.

На базе эффектов Поккельса и Керра создают быстродействую­щие «оптические затворы», которые находят широкое применение в науке и технике. Принцип устройства такого затвора проиллюстрирован рис.5.27. Между поляроидами П₁ и П₂, главные плоскости кото­рых взаимно перпендикулярны, помещается ячейка Поккельса или Кер­ра. Направление электрического поля в ячейке составляет угол /4 с главными плоскостями П₁ и П₂ (рис.5.27,б). Величина напря­жённости электрического поля подбирается такой, чтобы на длине ячейки н абиралась оптическая разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами, равная /2. Тогда при приложении к ячейке электри­ческого поля плоскость колебаний падающего на неё луча света по­вернётся на /2 и вышедший из ячейки луч пройдет через поляроид П₂. В отсутствии электрического поля затвор “закрыт” – свет через него не проходит. Очевидно, что затворы на базе эффекта Поккельса можно использовать для моду­ляции светового потока – т.е. для передачи информации оптиче­ским способом (ячейки Керра для этого менее пригодны из-за нели­нейной связи между n_е – n_о и напряжённостью поля, что является причиной искажения сигнала). Максимальная частота модуляции сиг­нала при помощи ячейки Поккельса порядка 10¹³ Гц, что позволяет реализовать огромную плотность передачи информации. Быстродействие затворов Керра, основанных на поляризационном эффекте, такого же порядка; для ориентационного эффекта Керра “время срабатывания” на 4–5 порядков больше (ориентация молекул – доста­точно инерционный процесс).

3. Магнитооптический эффект (эффект Коттона-Мутона)

Эффект Коттона-Мутона – это “магнитный аналог” эффекта Кер­ра. Объяснение этого эффекта аналогично изложенному выше объяс­нению эффекта Керра. Величина возникающей в магнитном поле опти­ческой анизотропии вещества квадратично зависит от индукции маг­нитного поля:

n_е – n_о = K₄В². (5.20)

Постоянная Коттона-Мутона K₄ обычно очень мала (для жидкостей K₄ = 10^-10–10^-9 Тл^-2). Наибольшие величины K₄ = 10^-7–10^-6 Тл^-2 за­регистрированы для некоторых коллоидных растворов и жидких кристаллов, однако, даже для этих веществ в достаточно сильных магнитных полях  1 Тл на пути h = 1 см достигается разность фаз между обыкновенными и необыкновенными волнами всего в несколько градусов. Поэтому практических применений эффект Коттона-Мутона пока не нашел. Тем не менее, его можно использовать в чисто научных целях для изучения магнитных свойств и структуры молекул, а также их комплексов.

В заключение отметим, что все постоянные K₁ – K₄ в соотношени­ях (5.17)–(5.20) могут быть, в зависимости от типа вещества, как положительными, так и отрицательными. Кроме того, для явления искусственной анизотропии характерна дисперсия – т.е. зависимость величин постоянных K₁ – K₄ от длины волны света.

172

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги