А.Н. Матвеев - Оптика (1120557), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Вращению плоскости иалярвзацви в магштгнпн нпле. Оптически неактивные вещества в магнитном поле становятся оптически активными и вращают плоскость поляризации света, распространяющегося в веществе вдоль силовых линий напряженности магнитного поля. Этот эффект был открыта )346 г. М Фарадеем ()79! — )367) и называетсяЯвленнем ФапалеЯ. Оно вмрлл;зс~ влияние магннтното поля на вещество, в результате чего вещество становится опптчсскн активным.
Схема наблюдения вращения плоскости поляризации оптически неактивным веществом в магнитном поле Н„изображена на рис. 257. Угол поворота в плоскости поляризации определяется соотношением ! й 45 Искусственная аннзотроянн Оппсыааюзоз различные методы созланпа псауссзаенаон анпзотроппп.
Азиззотроипя ири деформации. Оптически изотропное тело при деформации сжатия или растяжения (рис. 258) приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого коллинеарна с направлением деформирующих сил. Экспериментально установлена следуюшая связь между показателями преломления необыкновенной и обыизовенной волн в направлении, перпендикулярном оптической оси. н, — н, = Ьо, где о = Е/5' — напряжение, вызвавшее деформацию; Ь вЂ” постоянная, характеризующая свойства вещества. Разноси (н, — п,) может принимать как положительныс, так и отрипательные значения и кроме того, зависит от длины волны света.
При набчюденизз прозрачного тела на просвет в скрещенных николях деформированное тело представляется окрашенным, лричсм окраска завнсиз от лсформацнн. По распределению окраски можно сулить о распределении деформаций в теле. Анизотроиия, создаваемая в веществе электрическим полем.(;/птически изотропное вещество в электрическом поле (рис. 259) приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, коллинеарной вектору напряженности электрического поля (явление Керра, 1875).
При распространевии света перпендикулярно оптической оси экспериментально установлено следуюшее соотззошение между показателями преломления обыкновенной и необыкновенной волн: и, — н, = /О.Ез, (45.2) где (г гзосг"я'ззшя Керра. Для жидкостей она обычно составляет несколько пикометров на вольт в квадрате. Например, для длины волны 546 нм для жидкого кислорода при 90 К н жидкого азота при 71,4 К она'-составляет соответственно 10,1 и 4,02 пм/Вз. Для газов постоянная Керра значительно меньше. Например, для кислорода и азота она соответственно равна 0,45 х х 10 " и 0„3 1О " м/В' при нормальных условиях.
Это обусловлено тем, что эффект Керра определяется свойствами молекул и, следовательно, усиливается с повышенном козщентрации молекул. Из (45.2) видно, что при изменении направления электрического поля на обратное оптические свойства вещества не меняются, т. е.
оно действительно ведет себя как одноосный кристалл. При прохождении пути / разность оптических путей обыкновенного и необыкновенного лучей равна А = /б./Ез, а разность фаз между волнами 2н К/Ез (45.3) Для большинства жидкостей Е> О. Постоянная Ксрра зависит также от длины волны (т.
е. имеется дисперсия) и уменьшается при увеличении температуры. Для объяснения явления Керра надо принять во внимание два физических фактора, Неполярные молекулы в электрическом поле приобретают дипольный момент в направлении поля, а сама молекула при этом переориентируется так, чтобы дипольный момент совпадал с направлением наибольшей поляризуемосги молекулы. Следовательно, наибольший показатель преломления оказывается у волина электрический вектор которой колеблется коллинеарно внешнему электрическому полю, т. е.
у необыкновенной волны: (45.4) не > н„К> О. Полярные молекулы во внешнем электрическом поле ориентируются своими постоянными дипольнымп моментами преимущественно в направлении, напряженности поля. При этом направление наибольшей поляризуемосги молекулы составляет с электрическим полем, вообше говоря, некоторый угол, в зависимости от которого возможны различные соотношения между и, и и., т.
е. различные значения для К, включая К= О. Эффект Керра обладает очень малой инерпионностью (оптическая анизотропия следует за изменением напряженности электрического поля с запаздыванием порядка 1О"'о с), поэтому он позволяет создать быстродействующие модуляторы света, называемые ячейками Керра. Размер ячейки Керра выбирается такой, чтобы ее оптическая длина составила полволны прн определенной напряженности электрического пола Если ячейку поместить между скрещенными николями, главные плоскости которых направлены под углом 45' к оптической оси, возникающей в ячейке Керра при наличии электрического поля, то при отсутствии поля ячейка не пропускает свет.
При включении поля свет начинает проникать через нее и при определенном значении напряженности поля, когда ячейка действует как пластинка полволны, интенсивность прошедшего через систему света достигает максимального значения. Аснсзатроинсъ создаваниая в веществе магншным нолем (явление Коттон — Мурова, !910). Оптически нзотропное нещестао в магнитном поле приобретает свойства одноосного кристалла, ось которого коллинеарна направлению индукции магнитного поля (рис. 260). Зависимость разности (л, — н„) от В при распространении света перпендикулярно индукции магии(ного поля выражается соотношением пе и = С).В где С вЂ” постоянная, характеризующая свойства вещества.
Этот эффект очень мал. Его объяснение аналогично объяснению явления Керра. Необходимо отметить, что этот эффект принципиально отличается от явления Фарадея (44.9), поскольку зависит от индукции магнитного поля квадратично, а не линейно. Постоянная С определяется экспериментально. Например, для нитробензола С =2,25 10, ' м ' Тл '. В магнитном поле с индукцией ! Тл при прохожцении светом расстояния 1 м разность фаз равна 0,14 рад. Эффект Поккельса. В некоторых кристаллах при наложении внешнего электрического поля возннкаег двойное лучепреломление, которого нет в отсутствие поля, причем разность показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей пропорциональна первой степени напряженности электрического поля.
Это явление называется эффектом Поккельса. Оптическая ось кристалла ориентируется параллельно лучу света, и напряженность внешнего электрического поля также коллинеарна этому направлению. Это можно осуществить либо взяв прозрачные электроды, либо проделав в певтрах электродов маленькие отверстия. При наличии внешнего электрического поля возникает вторая оптическая ось, лежащая в плоскости, ыа Наврвилееае оитнче«иоя осе ери леформвнин синтии а растаженни ззо Наариалсаае оитнчесиаа са е в местов в влентричесиеи ноле мв Нввнввлевне свтнвесноя осн в ве место и н ннтв и нол перпендикулярной первой оптической оси.
Следовательно, индуцированная оптическая ось перпенликулярна направлению распространения света и относительно этой отж свет испытывает двойное лучепреломление. Для этой оси л,— и =иЕ, (45:6) где и — постоянная. Ориентировка индупированной оси в плоскости, перпендикулярной направлению луча света, зависит от ориентировки кристалла. Разность потенциалов, которую необходимо приложить между электродами в эффекте Поккельса, примерно на порядок меньше разности потенциалов, необходимой для получения в эффекте Керра одинакового двойного лучепреломления (при равных расстояниях между эяектро.
дами). Это является важным преимуществом эффекта Поккельса для практических применений. Например, значение а для кристалла дигидрофосфата калия (К)3Р, формула КНтРОв) составляет около 3,6. )О " м/В, для ниобата лития — 3,7х х!О '" м/В. Эффект Поякельсв столь же бсзынерипонен. что и эффект Керра. Он используется для создавая быстродейи.— вующнх модуляторов света. Соответствующее устройство называется ячейкой Поккельса.
Эффект Поккельса возникает не только при приложении поля вдольоптической оси кристалла, но и перпендикулярно ей. В первом случае говорят о продольном эффекте Поккельса, во втором — о поперечном. Однако в обоих случаях луч света должен распространяться в.направлении опгичссхой оси, которую кристалл имеет при отеутствин внешнего электрического поля. Для создания ячеек Поккельса поперечный эффект имеет определенное преимущество перед продольным. Во-первых, электроды расположены параллельно пучку света и расстояние между ними может быть сделано достаточно малым, а длина вдоль луча — достаточно большой.
Поэтому создать полуволновую ячейку можно при сравнительно небольшой разности потенциалов между электродами. При использовании продольного эффекта сдвиг фю между обыкновенной и необыкновенной волнвмн для фиксированной разности потенциалов не зависит ат длины ячейки, потому что с увеличением длины уменьшается напряженность электрического поля, а сдвиг фаз остжтся неизменным. Следовательно, увеличить сдвиг фаз можно только в результате роста разности потенциалов межлу электродами. Во-вторых, технически проще осуществить ячейку с поперечным эффектом, чем с продольным.
Поэтому обычно низкрвольтные ячейки Поккельса основаны на поперечном эффекте. Однако для создания высокоскоростных ячеек предпочтительнее использовать продольный эффект, поскольку в этом случае электроды имеют меньший размер и меньшую злектроемкостгь что облегчает достижение высоких скоростей изменения потенциалов, Ячейки Поккельса применяются для тех же полей, что и ячейки Керри, и во многих случаях заменили их. Задачи Ответы 81.
(= 1е(созе(п — 0) — ип 2а з)п 20 ып' 6/2); Ь = й(п, — ие) й 02. Кр)тоыш поляризация 03. 5'45'. Межлу двумя николями помешепа кристаллическая пластинка. Главные плоскости николей образуют с оптической осью углм и и 0. Оптическая ось параллельна плоскости кристалла, иа которую падаег свет. Найти интенсивность вышедшсго из пластинки света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
