Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 133
Текст из файла (страница 133)
Аналогом эффекта Керра является эффект Коттона — Мушина, открытый в !910 г. Если молекулы среды анизотропвы и обладают постоянными магнитными моментами, то они могут преимущественно ориентироваться постоянным магнитным полем. В достаточно сильных магнитных полях возникает анизотропия,и связанное с ней двойное лучепреломление среды. Это и есть эффект Коттона— Мутона.
Среда ведет себя подобно одноосному кристаллу, оптическая ось которого параллельна магнитному полю В. Двойное преломление можно обнаружить и измерить так же, как это делается при изучении явления Керра. И законы обоих явлений совершенно аналогичны. Разность необыкновенного и обыкновенного показателей преломления определяется выражением и, — и, = ОВ', а соответствующая разность фаз ф = — (и, — и,) 1 = ЪиС1 В', 2я (90.13) молакуляРИАЯ ОптикА 1гл. »Пп где В и С = П/А — постоянные, зависящие от свойств среды и ее физического состояния. Для «постоянной Коттона — Мутона» в нитробензоле измерения дают С = 2,23'10" СГСМ. В магнитном поле В = 20 000 Гс на пути 1 = 10 см возникает разность фаз <р = = 0,056 рад, т.
е. всего 3,2 градуса. й 91. Линейный электрооптический эффект Поккельса 1. Свободные колебания гармонического осциллятора описываются уравнением Р + 2ТР + ы«г = О. Они происходят около положения равновесия г =- О. Допустим теперь, что осциллятор находится в постоянном электрическом поле Е,. Тогда в отсутствие других внешних сил будет е г + 2ТР + в»г = —, — Е«. ж Теперь положение равновесия сместится от начала координат на расстояние г, = †«Е«/(т«««). Обозначим через д расстояние колеблющейся частицы от нового положения равновесия. Тогда г = г, + «/, и после подстановки в предыдущее уравнение получится Ф'+ 274+ св»Ч = 0 Отсюда видно, что в постоянном внешнем электрическом поле колебания осциллятора останутся гармоническими с а/»ажней частотой о„но они будут происходить около нового положения равновесия.
Таким образом, постоянное электрическое поле не изменяет собственную частоту гармонического осцилл ягора, а только смещает положение равновесия, около которого совершаются свободные колебания. В случае колебаний с большой амплитудой модель гармонического осциллятора может оказаться непригодной. В простейшем случае к квазиупругой силе ть»«г надо добавить член, пропорциональный квадрату смещения частицы из положения равновесия (начала координат).
Свободные колебания такого акгармонического осяиллятора описываются уравнением Р + 2уР + очаг + йг» = О, где р — постоянная. При наличии внешнего постоянного электрического поля Е, уравнение колебаний переходит в г+2у/+ ы«г+~Ь'= — — Е« Теперь положение равновесия г = г, определится из уравнения «э«г«+ р㫠— еЕ«/т.
Из двух корней этого квадратного уравнения надо взять тот, который мало отличается от ранее найденного значения 㫠— еЕ«/(п»о4) без- учета ангармоиичности (так как последняя ч м! линеиныи элвктвооптнчвскии эвввкт покквльсх овз предполагается малой).
Пусть по-прежнему д означает отклонение колеблющейся частицы от нового положения равновесия, так что е = г, + д. Предполагая колебания малыми, пренебрежем квад- ратами д. Тогда ч+27ф+(о)о+ 2рео) ч =9. Ьп= — — Ео= — — Е . дп 2ей дл ей деве теоее о дел теоеое о' (9!.2) При фиксированном направлении внешнего поля Е, величина Лп зависит- от направления распространения света. Это сказывается иа двойном преломлении среды. Изменение двойного преломления вещества из-за смгщения собственной частоты во внешнем электрическом поле нозьаается злектрооптическим эффектом Поккельса.
В этом эффекте изменения показателей преломления пропорциональны первой степени внешнего поля Е„в отличие от эффекта Керра, где они пропорциональны квадрату поля. Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии. Дело в том, что он линеен относительно внешнего поля Е,. Поэтому при изменении направления поля Е, на противоположное должен меняться на противоположный и зйак изменения Лп показателя преломления. Но в кристаллах с центром симметрии зто невозможно, так как оба взаимно противоположных направльиия внешнего поля физически совершенно эквивалентны.
Отсюда видно, что во внешнем постоянном электрическом поле малые колебания ангармонического осциллятора в рассматриваемом приближении опять будут гармоническими. Однако при наличии ангармоничности внешнее лоле Е, не только смещает положение равновесия, но и изменяет собственную частоту осциллятора. Изменение квадрата собственной частоты осциллятора приближенно равно Лево' = 2рг„или в том же приближении (9!.!) 2.
Смещение собственных частот меняет кривую дисперсии, т. е. показатель преломления и среды. В простейшем случае, когда собственная частота ево одна, величина и вдали от линии поглощения зависит только от разности еоо — еоо', как это видно из формулы (84.9). Тогда изменение и в статическом электрическом поле Ео определяется выражением дл, дп 2еР , Ьеоо= — е о Ео. део! едео,' тео!о Это выражение можно преобразовать, заметив, что д~!дево = = — дПдеоо. Тогда 1гл. нгп 554 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА Из механизма явления ясно, что эффект Поккельса по крайней мере столь же безынерционен, что и эффект Керра. Поэтому ои, наряду с эффектом Керра, нашел применение (например, в технике лазеров) в качестве оптических затворов и высокочастотных модуляторов света.
Соответствующее устройство называется ячейкой Поккельса. Она представляет собой кристалл, помещаемый между двумя скрещенными николями. Такое устройство действует так же„ как и ячейка Керра. Николи не пропускают свет, когда нет внешнего электрического поля, но при наложении такого поля пропускание появляется.
Необходимо, чтобы кристалл до наложения электрического поля не давал двойного преломления. внешнею эле тр й к исталл, Этого можно достигнуть, если взять оптически одноосны" р вырезанный перпендикулярно к оптической оси, а свет направить. вдоль этой оси. Внешнее поле Е, может быть направлено либо перпендикулярно (поперечный модулятор света), либо параллельно распространению света (продольньсй модулятор). 9 92. Эффект Зеемана 1. В 1896 г.
Зееман (1865 — 1943) обнаружил, что спектральные линии определенным образом расщепляются, если источник света ить в магнитное поле. В опыте Зеемана исследовалась очень. помест узкая зелено-голубая линия кадмия и применялись маг т пи ные поля с напряженностью 10 000 — 15 000 Гс. Г. А. Лорентц, развивавший в то время электронную теорию, сразу же объяснил явление. Рис. 312. Зеемана и тем самым придал дальнейшим исследованиям планомерный и целенаправленный характер.
П иманяемая схема для наблюдения и исследования явления приведена на рис. 312. Источник света с линейчатым спектром (например, газоразрядная трубка или вакуумная дуга) помещается между полюсами электромагнита, создающего достаточно однород- ббб ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА меньшеи частотои поляризована по правому, а с большей — по левому кругу. Пру изменении направления магнитного поля на противо- С пелен положпое меняется на противопою в ложную и круговая поляризация 'е ™о те+и "Ь а е"е а обеих компонент. Картина, наблюдаемая поперек Ркс. 313.
и вдоль магнитного поля, представлена схематически иа рис. 313. Предполагается, что в случае продольного эффекта свет распространяется вдоль магнитного поля, направленного к читателю. Относительные интенсивности линий показаны их толщиной, поляризация п-компоненты — штри- нос магнитное поле. Исследуемый свет попадает на щель спектроскопа или спектрографа 5р с разрешающей силой около 100 000 или выше (дифракционную решетку или интерференционный спектральный аппарат). Николи У„М, и пластинка Х!4 служат для исследования поляризации излучаемого света.
При фотографировании наблюдаемой картины применяются иногда многочасовые экспозиции. В течение всего этого времени должно быть обеспечено с достаточной точностью постоянство магнитного поля и температуры источника, чтобы картина оставалась неизменной во времени и можно было использовать спектральный аппарат высокой разрешающей силы. В первых опытах Зееман обнаружил, что при наблюдении поперек поля спектральная линия расщепляется яа три линейно поляризованные компоненты. Средняя компонента не смещена, крайние смещены в противоположные стороны на одинаковые расстояния (в шкале частот).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
