27.7. Искусственная оптическая анизотропия

Прозрачные изотропные среды (газы, жидкости, аморфные твердые тела) не обладают свойством двойного лучепреломления. Однако под влиянием внешних воздействий (механические напряжения, электрические и магнитные поля) они становятся анизотропными и для них возникает двойное лучепреломление. Это явление называется искусственной опти­ческой анизотропией.

Рассмотрим основные виды этого явления.

1. Искусственная анизотропия при механической деформации. Помес­тим между скрещенными поляризатором и анализатором пластинку из стек­ла или оргстекла. Если пластинка не деформирована, то свет через та­кую систему не проходит. Подвергнем пластинку сжатию или растяжению (рис. 27.10). В результате на экрана будет наблюдаться картина, ис­пещренная цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует мес­там, где напряжение  одно и то же.

Рис. 27.10

Мерой оптической анизотропии является разность показателей преломления

где k — некоторый коэффициент, зависящий от материала пластинки.

По расположению цветных полос можно судить о распределении на­пряжений в образце. На этом основан оптический метод изучения механи­ческих напряжений. С этой целью изготовляют прозрачную модель какой-либо детали или конструкции и помещают ее между скрещенными поляриза­тором и анализатором. Модель подвергается действию нагрузок, аналогич­ных тем, какие будет испытывать сама деталь. Наблюдаемая при этом цветная картина позволяет определить распределение и значение нагрузок в детали, найти опасные места их концентрации.

2. Искусственная оптическая анизотропия в электрическом поле (эффект Керра). Как было показано в § 12.3, при помещении по­лярного диэлектрика в электрическое поле последний поляризуется и его молекулы ориентируются в направлении поля. При этом он становится ани­зотропным и возникает явление двойного лучепреломления. Мерой оптиче­ской анизотропии, как и в предыдущем случае, является разность n_о–n_е которая пропорциональна квадрату напряженности электрического поля Е:

Схема установки для наблюдения эффекта Керра изображена на рис.27.11. Установка состоит из ячейки Керра, помещенной между скре­щенными поляризатором и анализатором. Ячейка Керра представляет собой плоский конденсатор, находящийся в сосуде с жидкостью. Если электриче­ское поле отсутствует, то свет через такую систему не проходит. При включении электрического поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, направленной вдоль вектора напряженности . В результате свет частично проходит через такую систему.

Рис. 27.11

Эффект Керра практически безынерционен — время, в течение которо­го осуществляется преимущественная ориентация молекул, составляет око­ло 10^-10с. Поэтому ячейка Керра используется в качестве оптического затвора для съемки быстро переменных процессов, модуляции световых пучков в оптоэлоктронике и т.п.

Недостатком эффекта Керра является необходимость использования высоких напряжений (U~1...5 кВ), что несколько сужает возмож­ности его использования в низковольтных полупроводниковых схемах. Этого недостатка лишено другое электрооптическое явленно — эффект Поккельса, заключающийся в изменениях оптической анизотропии некоторых кристаллических тел во внешнем электрическом поле. Эффект Пок­кельса так же, как и эффект Керра, практически безынерционен, однако в отличие от последнего он линеен по напряженности.

3. Искусственная оптическая анизотропия в магнитном поле (эффект Коттона - Мутона). Этот значительно более слабый эффект, аналогичен эффекту Керра и состоит в том, что если изотропное вещество, поместить в магнитное поле, то в нем возникает двойное лучепреломление. В этом случае

где С — постоянная Коттона - Мутона, зависящая от длины световой волны и рода вещества.