6. 6. Интерференция поляризованных лучей.

Цуги волн естественного света некогерентны, так как соответствуют излучению различных, независимых атомов источника света. При прохождении естественного света через одноосный анизотропный кристалл разные цуги участвуют в образовании обыкновенного и необыкновенного лучей. Поэтому они некогерентны. Если же пропустить через одноосный анизо­тропный кристалл плоско поляризованный свет, то обыкновен­ный и необыкновенный свет будут когерентны и при опреде­ленных условиях могут интерферировать. Н а рисунке 6.14 представлена оптическая схема, позволяющая на­блюдать интерференцию поляризованного света. Естественный свет, пройдя через поляри­затор стано­вится плоско поляризованным. Далее он попадает на пластинку, вырезанную из одноосного анизотропного кристалла парал­лельно оптической оси. Внутри пластинки он разбивается на два луча обыкновенный "о" и необыкновенный "е", которые пространственно не разделены, но движутся с разными скоро­стями. За время прохождения через пластинку между ними воз­никает разность хода

Δ = (n_o-n_e) d

где d – толщина пластины. Хотя эти лучи когерентны и имеют оптическую разность хода, но они не могут и нтерферировать, так как вектора колебания Е_о и Е_е лежат во взаимно перпенди­кулярных плоскостях. Поэтому, чтобы получить интерференци­онную картинку необходимо совместить плоскости колебаний этих волн. Для этого применяют анализатор.

Анализатор (рисунок 6.15) пропустит только ту состав­ляющую каждого из векторов (на рисунке это вектора Е_е' и Е_о' ), которая будет парал­лельна плоскости анализатора (ОО'). Ин­терференционная картина, наблюдаемая на выходе из анализатора, зависит от многих факторов, таких как разности фаз, длины волны падающего света, от угла между осью поляризатора и оп­тической осью двояко преломляющей пластины и т. д.

6. 7. Искусственная оптическая анизотропия.

Оптически изотропные вещества могут стать анизотропными под действием ряда внешних воздействий, это явление называют искусственной оптической анизотро­пией.

Фотоупругость (или пьезооптический эффект) - возник­новение оптической анизотропии в первоначально изотропных веществах под воздействием механических напряжений. Этот эффект первыми обнаружили Т. Зеебек (1813г.) и Д. Брюстер (1816г.). Например, при одностороннем сжатии или растяжении стеклянная пластина приобретает свойства одноосного кри­сталла, оптическая ось которого совпадает с направлением сжа­тия или растяжения. При этом разность показателей преломле­ния обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси, пропорциональна напряже­нию σ

n_o – n_e = k σ,

где k – коэффициент, зависящий от свойств вещества. Явление искусственной оптической анизотропии при деформациях ис­пользуется для обнаружения остаточных внутренних напряже­ний, которые могут возникать в изделиях из стекла и других прозрачных изотропных материалов вследствие несоблюдения технологии их изготовления. Оптический метод изучения на прозрачных моделях распределения внутренних напряжений, возникающих в различных деталях машин и сооружений ши­роко применяется в современной технике.

Эффект Керра – Д. Керр (1875г.) исследовал связь ме­жду оптическими и электрическими явлениями и установил, что оптически изотропный диэлектрик в достаточно сильном элек­трическом поле приобретает свойства одноосного двояко пре­ломляющего кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением напряженности электрического поля.

С хема установки для исследования эффекта Керра по­казана на рисунке 6.16. Ячейку Керра помес­тили между скрещен­ными поляризатором и анализатором. Ячейка Керра представляет собой герметичный со­суд а с жидкостью, в которую погружены обкладки плоского конденсатора. При подаче на пластины на­пряжения между ними возникает однородное электрическое поле. Под действием этого поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого ориентирована вдоль поля. Возникающая разность показателей преломления n_o и n_e пропорциональна квадрату напряженности поля Е

n_o – n_e = k Е²,

или разность фаз

или

где В – постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны λ₀ и температуры, l – длина ячейки Керра.

Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью моле­кул по разным направлениям. В отсутствие поля молекулы ори­ентированы хаотично, поэтому жидкость не обладает анизотро­пией, Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направле­ние наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В ре­зультате жидкость становится оптически активной. Эффект Керра безынерционен: время, за которое вещество переходит из анизотропное состояние в изотропное и обратно, не превышает 10^-9с. Ячейки Керра применяются при записи звука на кино­пленку, а в сочетании со скещенными поляризатором и анализа­тором в скоростной съемке.

Эффект Коттона–Мутона (аналог эффекта Керра в магнитном поле)- это явление возникновения оптической анизотропии у неко­торых веществ при помещении их в магнитное поле. В доста­точно сильных магнитных полях возникает анизотропия, появ­ляется двойное лучепреломление. В этом случае среда ведет себя как оптически одноосный кристалл, ось которого совпадает по направлению с вектором напряженности магнитного поля H. Возникающая разность по­казателей преломления для необык­новенного и обыкновен­ного лучей монохромати­ческого света при его рас­пространении в направле­нии, перпен­дикулярном вектору Н, и пропорциональна квадрату напряжен­ности поля Н:

n_е – n_o = Cλ₀ H²

где C – постоянная Коттона–Мутона, зависящая от природы ве­щества, длины волны λ₀ и

температуры.

Линейный электрооптический эффект Поккельса – явле­ние изменения двойного лучепреломления вещества из-за сме­щения собственной частоты во внешнем электрическом поле:

n_е – n_o = αE.

В отличие от эффекта Керра электрооптический эффект Пок­кельса пропорционален напряженности электрического поля.