§ 8. Искусственное двойное лучепреломление.

В начале девятнадцатого столетия было открыто возникновение двойного лучепреломления в прозрачных изотропных телах под влиянием механической деформации. Оптическую анизотропию, появляющуюся под влиянием деформации, легче всего обнаружить, поместив исследуемое тело А между скрещенными николями (рис. 8.1).

При одностороннем сжатии или растяжении тела вдоль направления ОО' в нем возникает оптическая анизотропия, эквивалентная анизотропии одноосного кристалла с оптической осью ОО'. Обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются в направлении, перпендикулярном к ОО', не расходясь, но с различными скоростями υ_o и υ_e. Если главное сечение николя N₁ (рис. 8.1) не параллельно и не перпендикулярно к ОО', то свет, прошедший через деформируемое тело, станет эллиптически поляризованным и его нельзя будет потушить николем N₂.

Разность коэффициентов преломления п_o - п_e может служить мерой возникшей анизотропии. Опыт показывает, что разность п_o - п_e пропорциональна давлению р, которому подвергается деформируемое тело:

п_o - п_e = kp

где k — константа, определяемая свойствами вещества. Разность фаз, которую приобретут обыкновенный и необыкновенный лучи, пройдя толщу тела l, равна:

где c - новая константа. В зависимости от рода вещества константа с может быть положительна или отрицательна; кроме того, она зависит от длины волны λ. Благодаря зависимости Δ от λ, просветленное при деформации поле окрашено, аналогично тому, как окрашено поле при наблюдении хроматической поляризации, даваемой естественными кристаллами. Двойное лучепреломление сохраняется при прекращении действия деформирующей силы, если в теле сохраняются натяжения. Например, куски закаленного стекла обнаруживают хорошо выраженную хроматическую поляризацию. По появлению такого рода хроматической поляризации производится исследование прозрачных изделий на натяжения. Искусственное двойное лучепреломление практически используется также для изучения деформаций в прозрачных моделях. Так как величина оптической анизотропии пропорциональна давлению р, то по виду полос одинакового цвета (изохром), возникающих при наблюдении модели между скрещенными николями, можно судить о величине натяжений. Изготовляя модели из прозрачного вещества (обычно целлулоида), можно решать ряд теоретических и практических задач о деформациях, возникающих в телах различной формы под влиянием тех или иных сил. Такой метод изучения деформаций (называемый методом фотоупругости) получил в настоящее время значительное распространение. Ни снимке о (см. приложение) представлена фотография изохром, возникающих в пластинке с малым круглым отверстием при одностороннем растяжении.

§ 9. Двойное лучепреломление в электрическом поле.

Д ругим примером искусственной анизотропии является анизотропия, возникающая в телах под влиянием электриче­ского поля. Этот вид анизотропии был открыт в 1875 г. Керром и носит название явления Керра. Впервые двойное лучепреломление в электрическом поле было обнаружено в твердых диэлектриках при помещении их между пластинами заряженного конденсатора. Однако в этом случае оставалось сомнение, не является ли роль электрического поля косвенной и не возникает ли наблюдаемое двойное лучепреломление под влиянием вызванной полем механической деформации. Наличие непосредственного влияния электрического поля было окончательно установлено после того, как Керр обнаружил эффект в жидкостях, в которых статическое сжатие не вызывает оптической анизотропии. Впоследствии (1930 г.) двойное лучепреломление под влиянием электрического поля было найдено и в газах. Явление Керра в жидкостях можно наблюдать, поместив кювету, в которую введены пластины плоского конденсатора („ячейка Керра"), между скрещенными николями N₁ и N₂ (рис. 8.1). При заряжении конденсатора свет начинает проходить через николи. Жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с осью, направленной вдоль электрического поля. Опыт показывает, что разность коэффициентов преломления п_o - п_e пропорциональна квадрату напряженности поля Е. Отсюда, разность фаз Δ, возникающая между обык­новенным и необыкновенным лучами, равна:

Δ = BlE²

где l — толща жидкости, а В — постоянная, зависящая лишь от сорта жидкости (постоянная Керра). Для большинства жидкостей В > 0, но есть и такие жидкости, для которых В < 0. Из всех жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробензол, для него. Благодаря квадратичной зависимости Δ от Е, разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами не зависит от направления электрического поля.

Явление Керра объясняется ориентирующим действием внешнего электрического поля на анизотропные молекулы жидкости. Ориентирующее действие поля может быть обусловлено либо наличием у молекул постоянного электрического момента (дипольные молекулы), либо моментом, приобретаемым во внешнем поле. Время, в течение которого молекулы успевают ориентироваться во внешнем электрическом поле, не превышает 10^-9 сек.; за такой же промежуток времени молекулы успевают дезориентироваться после прекращения действия поля, в результате чего двойное лучепреломление пропадает.

Малое значение промежутка времени, в течение которого устанавливается или пропадает двойное лучепреломление в электрическом поле, позволяет использовать ячейку Керра в качестве безинерционного затвора, что находит различное практическое и лабораторное применение.

Ячейка Керра в качестве безинерционного затвора применяется также для различных технических целей, например, в телевизорах, в звуковоспроизводящей аппаратуре и т. д.