Вопрос 20 Магнитное вращение плоскости поляризации

Все вещества по способности вращать плоскость поляризации делятся на оптически активные и неактивные. Вещества, не обладающие естественной способностью вращать плоскость поляризации, приобретают такую способность под влиянием магнитного поля. Это явление, называемое эффектом Фарадея, наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее – вдоль вектора намагниченности).Угол поворота фи плоскости поляризации пропорционален пути l, проходимому светом в веществе и напряженности магнитного поля H: (9)

Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная Верде зависит от длины волны лямбда падающего света (10)

где А и В – постоянные, зависящие от свойств вещества и температуры.

Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного поля. Вещества, поворачивающие плоскость поляризации вправо относительно направления силовых линий магнитного поля, называются правовращающими или положительными. Соответственно, вещества, поворачивающие плоскость поляризации влево, называются левовращающими или отрицательными. Причем знак угла вращения фи не зависит от направления луча. Следовательно, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, то поворот плоскости поляризации удвоится.

Вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит атомов вещества, вследствие чего скорость вторичных электромагнитных волн с различным направлением круговой поляризации становится неодинаковой, в результате плоскость поляризации поворачивается. В данной работе в качестве вещества, поворачивающего плоскость поляризации под воздействием магнитного поля, используется дистиллированная вода.

Вопрос 21 Искусственная оптическая поляризация. Эффект Керра и Коттона- Мутона.

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 рис. 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

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.