phys_3sem_lection_all (823856), страница 28
Текст из файла (страница 28)
К числу таких веществ принадлежат кристаллические тела (например, кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин) и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).Помимо кристаллов двойное лучепреломление наблюдается в искусственно анизотропных средах (в стеклах, жидкостях и др.), помещенных в электрическое поле (эффект Керра), вмагнитном поле (эффект Фарадея) (эффект Коттона — Мутона), под действием механических напряжений (Фотоупругость) и т. п.
Во всех этих случаях среда становится оптическианизотропной, причём оптическая ось параллельна направлению электрического поля, магнитного поля и т. п.Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект - явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля.
(В сильных полях наблюдаются небольшиеотклонения от закона Керра.) Эффект Керра был открыт в 1875 году шотландским физикомДжоном Керром. Под воздействием внешнего постоянного или переменного электрическогополя в среде может наблюдаться двойное лучепреломление, вследствие изменения поляризациивещества.Эффект Поккельса (электрооптический эффект Поккельса) - это явление возникновениядвойного лучепреломления в оптических средах при наложении постоянного или переменногоэлектрического поля.
Он отличается от эффекта Керра тем, что линеен по полю, в то время какэффект Керра квадратичен. Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии: в силу линейности при изменении направления поля эффектдолжен менять знак, что невозможно в центрально-симметричных телах. Эффект хорошо заметен на кристаллах ниобата лития или арсенида галлия.Эффект Фарадея (продольный электрооптический эффект Фарадея) - магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно поляризованногосвета через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вра-Семестр 3.
Лекция 169щение плоскости поляризации света. Эффект был обнаружен М. Фарадеем в 1845 году. ЭффектФарадея тесно связан с эффектом Зеемана, заключающимся в расщеплении уровней энергииатомов в магнитном поле. При этом переходы между расщеплёнными уровнями происходят сиспусканием фотонов правой и левой поляризации, что приводит к различным показателямпреломления и коэффициентам поглощения для волн различной поляризации. Строгое описание эффекта Фарадея проводится в рамках квантовой механики.Эффект Коттона - Мутона (или эффект Фохта) - явление возникновения под действием магнитного поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления.
При распространении света поперек вектора индукции магнитного поля поляризация остается линейной, тоесть наблюдается обычное двойное лучепреломление, в отличие от эффекта Фарадея: при распространении света вдоль магнитного поля возникают две волны, поляризованные по кругу иимеющие разные показатели преломления, то есть наблюдается двойное круговое лучепреломление. Исследования эффекта Коттона - Мутона позволяют получить информацию о структуремолекул, образовании межмолекулярных агрегатов и подвижности молекул.Фотоупругость, (фотоэластический эффект, пьезооптический эффект) - возникновениеоптической анизотропии в первоначально изотропных твёрдых телах (в том числе полимерах)под действием механических напряжений.
Открыта Т.И. Зеебеком (1813) и Д. Брюстером(1816). Фотоупругость является следствием зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механических нагрузок. При одноосном растяжении или сжатии изотропное тело приобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси растяжения или сжатия.
При более сложных деформациях, например при двустороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.Фотоупругость используется при исследовании напряжений в механических конструкциях, расчёт которых слишком сложен. Исследование двойного лучепреломления под действиемнагрузок в выполненной из прозрачного материала модели (обычно уменьшенной) изучаемойконструкции позволяет установить характер и распределение в ней напряжений.Замечание. ЖК-монитор состоит из огромного числа маленьких пикселей. Каждый такойпиксель состоит из триады раскрашенных жидкокристаллических ячеек (красной, зелёной и синей). С двух сторонот жидкокристаллической панели приклеиваются линейные поляризаторы. Сзади располагается подсветка (самиЖК-ячейки не светятся).
Проходя через первую поляризационную плёнку, свет поляризуется. Напряжение на жидкокристаллической ячейке заставляет сворачиваться её в спираль, при этом происходит изме-10Семестр 3. Лекция 16нение направления поляризации поляризованного света. После прохождения поляризованногосвета через вторую поляризованную плёнку происходит снижение интенсивности. Управляянапряжением на ячейке меняют угол «сворачивания» плоскости поляризации света. Таким способом управляют интенсивностью свечения отдельной ячейки.
Три ячейки смешиванием образуют цвет пикселя, а весь монитор - полное изображение. Таким образом, на выходе любогоцветного ЖК-монитора мы получаем поляризованный свет.Эллипсометрия.Эллипсометрия - совокупность методов изучения поверхностей жидких и твёрдых тел посостоянию поляризации светового пучка, отражённого этой поверхностью и преломлённого наней.
Падающий на поверхность плоско поляризованный свет приобретает при отражении ипреломлении эллиптическую поляризацию вследствие наличия тонкого переходного слоя награнице раздела сред. Зависимость между оптическими постоянными слоя и параметрами эллиптически поляризованного света устанавливается на основании формул Френеля. На принципах эллипсометрии построены методы чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твёрдых веществ, процессов адсорбции, коррозии и др. В качестве источникасвета в эллипсометрии используется монохроматическое излучение зелёной линии ртути, а впоследнее время – лазерное излучение, что даёт возможность исследовать микроскопическиенеоднородности на поверхности изучаемого объекта.Семестр 3.
Лекция 171Лекция 17. Голография.Опорная и предметная световые волны. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии.Голография (от греч. holos - весь, полный и grapho Запись голограммыпишу) - способ записи и восстановления волновогополя, основанный на регистрации интерференцион-Источник светаЗеркалоной картины, которая образована волной, отражённой предметом, освещаемым источником света(предметная волна), и когерентной с ней волной,идущей непосредственно от источника света (опорная волна).
Зарегистрированная интерференционнаякартина называется голограммой. Голограмма, освещённая опорной волной, создаёт такое же ампли-Предметтудно-фазовое пространственное распределениеФотопластинкаволнового поля, которое создавала при записипредметная волна. Таким образом, в соответствии сВосстановление голограммыИсточник светаЗеркалопринципом Гюйгенса - Френеля, голограмма преобразует опорную волну в копию предметной волны.Основы голографии были заложены в 1948физиком Денисом Габором (Великобритания).
Однако отсутствие мощных источников когерентногосвета не позволило ему получить качественные голографические изображения. Второе рождение го-Мнимоелография пережила в 1962 – 63 гг., когда американ-изображениеские физики Э. Лейт и Ю. Упатниекс применили вГолограммакачестве источника света лазер и разработали схемус наклонным опорным пучком, а Ю. Н. ДенисюкДействительноеосуществил запись голограммы в трёхмерной среде,изображениеобъединив, таким образом, идею Габора с цветнойфотографией Липмана.
К 1965 – 66 гг. были созданы теоретические и экспериментальные основы го-лографии. В последующие годы развитие голографии идёт главным образом по пути совершенствования её применений.Принцип голографии. Обычно для получения изображения какого-либо объекта фотографическим методом пользуются фотоаппаратом, который фиксирует на фотопластинке излуче-Семестр 3. Лекция 172ние, рассеиваемое объектом. Каждая точка объекта в этом случае является центром рассеянияпадающего света; она посылает в пространство расходящуюся сферическую световую волну,которая фокусируется с помощью объектива в небольшое пятнышко на светочувствительнойповерхности фотопластинки. Так как отражательная способность объекта меняется от точки кточке, то интенсивность света, падающего на соответствующие участки фотопластинки, оказывается различной. Поэтому на фотопластинке возникает изображение объекта.
Это изображениескладывается из получающихся на каждом участке светочувствительной поверхности изображений соответствующих точек объекта. При этом трёхмерные объекты регистрируются в видеплоских двухмерных изображений.В процессе фотографирования на фотопластинке фиксируется лишь распределениеинтенсивности, то есть амплитуды электромагнитной волны, отражённой от объекта (интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды). Однако световая волна при отражении отобъекта изменяет не только амплитуду, но и фазу в соответствии со свойствами поверхностиобъекта в данной точке.Голография позволяет получить более полную информацию об объекте, так как представляет собой процесс регистрации на фотопластинке не только амплитуд, но и фаз световых волн, рассеянных объектом. Для этого на фотопластинку одновременно с волной, рассеянной объектом (предметная волна), необходимо направить вспомогательную волну, идущую оттого же источника света (лазера), с фиксированной амплитудой и фазой (опорная волна).Интерференционная картина (чередование тёмных и светлых полос или пятен), возникающая в результате взаимодействия сигнальной и опорной волн, содержит полную информацию об амплитуде и фазе предметной волны, то есть об объекте.
Зафиксированная на светочувствительной поверхности интерференционная картина после проявления называется голограммой. Если рассматривать голограмму в микроскоп, то в простейшем случае видна система чередующихся светлых и тёмных полос. Интерференционный узор реальных объектов весьма сложен.Для того чтобы увидеть изображение предмета, голограмму необходимо просветить тойже опорной волной, которая использовалась при её получении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
