Искусственная анизотропия. Эффект и закон Керра. Вращение плоскости поляризации

      Двойное лучепреломление можно наблюдать и в изотропных средах (аморфных телах), если подвергнуть их механическим нагрузкам.

      Изотропное тело, подвергнутое упругим деформациям, может стать анизотропным и изменить состояние поляризации проходящего света. Это явление, открытое в 1818 г. Брюстером, получило название фотоупругости или пьезооптического эффекта. При одностороннем растяжении или сжатии тело становится подобным одноосному кристаллу с оптической осью, параллельной направлению приложенной силы. Мерой возникающей при этом оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна напряжению    в данной точке тела. От этого напряжения будет зависеть разность показателей преломления:     ,  где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.

      Поместим стеклянную пластинку Q между двумя поляризаторами Р и А (рис. 11.14).

Рис. 11.14

      В отсутствие механической деформации свет через них проходить не будет. Если же стекло подвергнуть деформации, то свет может пройти, причем картина на экране получится цветная. По распределению цветных полос можно судить о распределении напряжений в стеклянной пластинке.

     Это явление широко используется для определения прочности деталей. Помещая прозрачные фотоупругие модели между поляризатором и анализатором и подвергая их различным нагрузкам, можно изучать распределения возникающих внутренних напряжений.

      Явление искусственной анизотропии может возникать в изотропных средах под воздействием электрического поля (эффект Керра). На рис. 11.16 изображена так называемая ячейка Керра.

Рис. 11.16

      Если поляризаторы скрещены, то в отсутствие поля свет через ячейку Керра не проходит. В электрическом поле между пластинками конденсатора жидкость (используется обычно нитробензол) становится анизотропной. Свет, прошедший через кювету, поворачивает плоскость поляризации, и система становится прозрачной. Ячейка Керра может служить затвором света, который управляется потенциалом одного из электродов конденсатора, помещенного в ячейку.

При этом ячейка Керра действует на свет так же, как плоскопараллельная пластинка. Она создает между обыкновенным и необыкновенным лучами сдвиг фаз:

здесь l – длина ячейки, Е_вн – напряженность электрического поля.

      На основе ячеек Керра построены практически безынерционные затворы и модуляторы света с временем срабатывания до 10^-12 с.

      Величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля:    (закон Керра). Здесь n - показатель преломления вещества в отсутствие поля,   , где    и    - показатели преломления для необыкновенной и обыкновенной волн, k - постоянная Керра.