13. Искусственная анизотропия

Д войное лучепреломление имеет место в естественных анизотропных средах. Существуют, однако, различные способы получения искусственной оптической анизотропии, т. е. сообщения оптической анизотропии естественно изотропным веществам. Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла и др.); 2) электрического поля (эффект Керра*; жидкости, аморфные тела, газы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды). В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением деформации, электрического или магнитного полей соответст­венно указанным выше воздействиям. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей прело­мления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси: (195.1) где k₁, k₂, k₃ — постоянные, характеризующие вещество,  — нормальное напряжение, Е и Н — соответственно напряженность электрического и магнитного полей. Э ффект Керра — оптическая анизотропия веществ под действием электрического поля — объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным направлениям. Это явление практически безынерционно, т. е. время перехода вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) составляет приблизительно 10^–10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах. Искусственная анизотропия под действием механических воздействий позволяет исследовать напряжения, возникающие в прозрачных телах. В данном случае о степени деформации отдельных участков изделия (например, остаточных деформаций в стекле при закалке) судят по распределению в нем окраски. Ячейка Керра представляет собой стеклянную кювету в которой впаяны пластины плоского конденсатора. Кювета заполнена нитробензолом. При включении напряжения вдоль линий напряженности эл. поля возникает оптическая ось, соотв. оптической оси двупреломляющего кристалла. Время действия 10Е-7 сек.

1 4. Основные понятия фотометрии

Р

(1)))

(2)))

аздел оптики, в котором рассматриваются методы измерения световой энергии, называется фотометрией.

С

(3)))

(4)))

(5)))

(6)))

(7)))

точки зрения фотометрии, свет – это излучение, способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз. Такое ощущение вызывает излучение с длинами волн от ~0,38 до ~0,78 мкм, причем самым ярким представляется излучение с длиной волны около 0,555 мкм (желто-зеленого цвета). Поскольку чувствительность глаза к разным длинам волн у людей неодинакова, в фотометрии принят ряд условностей. 

Существуют два общих метода фотометрии:

1) визуальная фотометрия, в которой при выравнивании механическими или оптическими средствами яркости двух полей сравнения используется способность человеческого глаза ощущать различия в яркости;

2) физическая фотометрия, в которой для сравнения двух источников света используются различные приемники света иного рода – вакуумные фотоэлементы, полупроводниковые фотодиоды и т. д.

Величину энергии W, излучаемой телом за единицу времени t, называют мощностью излучения: N=W/t.

Световым потоком Ф называют проходящую через данную поверхность S в единицу времени t световую энергию, оцениваемую по зрительному ощущению  . Поток излучения Ф_е, имеющий физический смысл средней мощности, переносимой электромагнитным излучением. Пространственное распределение Ф_е описывают энергетические фотометрические величины, производные от потока излучения по площади и (или) телесному углу. Полный поток, идущий от L по всем направлениям, будет . Поток есть основное понятие, необходимое для оценки количества энергии, проникающей в наши приборы. Знание потока существенно необходимо при расчете многих оптических устройств. Такой прием­ник, как, например, фотоэлемент, непосредственно реагирует на поток . 2. Сила света J. Величину потока, приходящегося на еди­ницу телесного угла, называют силой света. Если поток Ф посылается нашим источником равномерно по всем направлениям, то I=Ф/4π (1.3) есть сила света, одинаковая для любого направления. В случае неравномерного потока величина Ф/4p представляет лишь среднюю силу света и называется средней сферической силой света. Сила света по данному направлению определится соотношением (1). Освещенностью Е называется вели­чина потока, приходящегося на единицу поверхности: Освещенность площадки s есть (3), (4). Выражение показывает, что освещенность, создавае­мая точечным источником обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности и прямо пропорциональна косинусу угла, составляемого направлением светового потока (осью узкого конуса, внутри которого распространяется поток) с нормалью к освещаемой поверхности. Это есть основной закон освещенности, создаваемой точечным источником (закон обратных квадратов).

ИЛИ         Коэффициент В_i носит название яркости источника по направ­лению, определяемому углом i. Светимость S.С понятием яркости тесно связано поня­тие светимости S, представляющей собой интегральную величину, т. е. суммарный поток, посылаемый единицей поверхности наружу по всем направлениям (внутрь телесного угла 2p). Таким образом,      

Для характеристики светового поля можно ввести еще понятие интен­сивности светового потока. Под интенсивностью понимают величину светового потока, протекающего через единицу в идимого сечения по направлению, определяемому углом i между направлением потока и нормалью к этому сечению, внутрь единичного телесного угла: 

16. Интерференция света, интенсивность при суперпозиции двух монохроматических волн. Интерференцией называют явлении наложения 2-х или более когерентных колебаний когерентных волн, приводящее к перераспределению интенсивности света, те к появлению мах и мин. Когерентными называются монохроматические колебания, имеющие постоянную во времени и пространстве разность фаз. Пусть даны волны Е1 и Е2 имеют разные амплитуды и фазы, но одну частоту, тогда результ. амплитуда есть сумма этих амплитуд.Когда волны имеют одну частоту, разные амплитуды и соответствующие колебания в противофазе, то результ. амплитуда есть разность амплитуд. Если же разности фаз когерентных волн =0, то наблюдается мах при 2πn и min при (2n+1)π. Общее правило сложения на рис. Физическую величину, равную квадрату амплитуды электрического поля волны, принято называть интенсивностью: I = A².

Несложные тригонометрические преобразования приводят к следующему выражению для интенсивности результирующего колебания в точке P (см рис) Из этого выражения следует, что интерференционный макс Δ = mλ (m = 0, ±1, ±2, ...). При этом I_max = (a₁ + a₂)² > I₁ + I₂. Интерференционный мин при Δ = mλ + λ / 2. Минимальное значение интенсивности I_min = (a₁ – a₂)² < I₁ + I₂.