Искусственная оптическая анизотропия

Двойное лучепреломление, как мы видим, имеет место в естественных анизотропных кристаллах. Однако, существуют различные способы получения искусственной оптической анизотропии, то есть сообщения анизотропии естественно изотропным веществам.

Оптически изотропные вещества могут становиться анизотропными под действием:

1. Однородного сжатия или растяжения (кристаллы кубической формы, 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 способам.

Мерой возникшей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении перпендикулярном оптической оси:

- в случае деформации;

- в случае электрического поля;

- в случае магнитного поля

где - постоянные, характеризующие вещество, σ – нормальное напряжение, Е и Н – соответственно напряженности электрического и магнитного полей.

Н а рис.94 показана схема установки для наблюдения эффекта Керра в жидкостях (установки для изучения рассмотренных явлений однотипны). Ячейка Керра (кювета с жидкостью, например, нитробензолом, в которую введены пластины конденсатора) помещается между скрещенными поляризатором Р и анализатором А. В отсутствие электрического поля свет через систему не проходит. При наложении электрического поля жидкость становится двоякопреломляющей: при изменении разности потенциалов между электродами меняется степень анизотропии вещества, а, следовательно, и интенсивность света, проходящего через анализатор. На пути ℓ между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода:

с учетом выражения для разности фаз получим:

где - постоянная Керра.

Эффект Керра заключается в возникновении оптической анизотропии вещества под действием электрического поля и объясняется различной поляризуемостью молекул жидкости по разным направлениям. Это явление практически безинерционное, то есть переход вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и наоборот) составляет приблизительно 10^-10с. Поэтому ячейки Керра служат идеальным световым затвором и применяется при исследовании быстропротекающих процессов (звукозапись, воспроизводство звука, скоростная фото- и киносъемка, изучение скорости распространения света и т.д.).

Искусственное двух лучепреломление возникает также и в результате механического воздействия – фотоупругий эффект.

При одностороннем сжатии (или растяжении) тела вдоль направления ОО^/ в нем возникает одноосная оптическая анизотропия с оптической осью ОО^/, рис.95.

Обыкновенный и необыкновенный лучи, распространяются в направлении, перпендикулярном ОО^/, не расходясь, но с различными скоростями и . Если главное сечение поляризатора Р не параллельно и не перпендикулярно к ОО^/, то свет, прошедший через деформируемое тело, станет эллиптически поляризованным и его нельзя будет «потушить» анализатором А.

Разность коэффициентов преломления может служить мерой возникшей анизотропии. Опыт показывает, что разность пропорциональна давлению Р, которому подвергается деформируемое тело: , где k – константа, определяемая свойствами вещества. Разность фаз, которую приобретают обыкновенный и необыкновенный лучи, пройдя толщу тела ℓ, равна:

где С – новая константа. В зависимости от рода вещества константа С может быть как положительной, так и отрицательной; кроме того, она зависит от длины волны. Благодаря зависимости разности фаз от длины волны, просветленное при деформации поле окрашено аналогично тому, как окрашено поле при наблюдении хроматической поляризации, даваемой естественно анизотропными кристаллами.

Двойное лучепреломление сохраняется при прекращении действия деформирующей силы, если в теле сохраняется напряжение. Например, куски закаленного стекла обнаруживают хорошо выраженную хроматическую поляризацию. По появлению такого рода хроматической поляризации производится исследование прозрачных изделий на натяжение. Искусственное двойное лучепреломление практически используется также для изучения деформаций в прозрачных моделях. Так как величина оптической анизотропии пропорционально давлению р, то по виду полос одинакового цвета, возникающих при наблюдении модели между скрещенными николями, можно судить о величине напряжений. Изготовляя модель из прозрачного вещества (например, 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 фотоуругости) получил в настоящее время значительное распространение.