9.2 Комірка Керра

Коли на шляху променя помістити поляризатор і аналізатор, то інтенсивність променя після їх проходження теж виражається формулою (9.2). В цьому випадку γ- кут між площинами поляризації поляризатора і аналізатора. Якщо ці площини є паралельними , то через поляризатор і аналізатор проходить максимальний світловий потік. Коли ці площини взаємноперпендикулярні, то аналізатор гасить поляризований поляризатором промінь. В такому випадку кажуть, що аналізатор і поляризатор встановлені “на темноту “. В природному світловому промені всі значення кута γ з площиною поляризатора рівноможливі. Тому після його проходження інтенсивність променя дорівнює середньоінтегральному значенню : , тобто 05 Ф₀. Отже, поляризатор теоретично допускає половину природного світлового потоку. В 1875 р. Керр виявив , що деякі рідини під дією електромагнітного поля набувають властивості одновісного кристала, вісь якого збігається з напрямком силової лінії електричного поля. Така зміна оптичних властивостей рідини названа ефектом Керра. Цей ефект найбільш чітко проявляється в нітробензолі C₆H₅NO₂. Нітробензол – це летка отруйна рідина жовто-зеленого кольору ; гігроскопічна, завдяки чому швидко розпадається; температура затвердіння +5,1 С⁰; температура кипіння -+212 С⁰. Модулятори, робота яких базуються на цьому ефекті , отримали назви комірок Керра.

Неповна комірка Керра зображена на рисунку 9.1 (а – схема комірки), (б – розпадання променя в конденсаторі Керра).

Рис. 9.1 Комірка Керра

Неповна комірка Керра складається з поляризатора і конденсатора Керра, в якому діелектриком служить нітробензол. Пластинки конденсатора Керра впаюють в скляну посудину, яку заповнюють нітробензолом і герметизують. Відстань між пластинками 0,7-1мм. Ємність конденсатора Керра є пФ, а тангенс діелектричних втрат в змінному електричному полі на частоті 10 мГц складає . Скло для посудини конденсатора Керра вибирають таке, щоб його показник заломлення дорівнював показнику заломлення нітробензолу, а перпендикулярні до променя стінки посудини роблять паралельними. Тому, конденсатор Керра в оптичній системі можна вважати плоскопаралельною пластинкою. Для того, щоб проявився ефект Керра, необхідно, щоб в конденсатор входив плоскополяризований промінь. Тому світловий промінь із джерела проходить спочатку крізь поляризатор, а потім зустрічає на своєму шляху конденсатор Керра. Світловий промінь проходить через нітробензол між пластинками конденсатора, які перпендикулярні до силових ліній. Коли до нього не прикладається напруга, то промінь проходить через конденсатор без змін. Коли до конденсатора прикладається напруга, то нітробензол між його пластинками набуває властивостей одновісного кристала. Плоскополяризований промінь, ввійшовши між площинами конденсатора, розкладається на 2 промені: звичайний і незвичайний (рис. 9.1.(б)). Площина коливань першого з них є перпендикулярною до силових ліній, а 2-го паралельною до них. Введемо такі позначення:

- амплітуда коливань електромагнітного вектора променя після проходження поляризатора;

- амплітуди коливань векторів відповідно звичайного і незвичайного променів;

- кут між площиною поляризатора і напрямком силових ліній в конденсаторі.

Амплітуди векторів звичайного і незвичайного променів:

,(9.3)

, (9.4).

У світловіддалемірі поляризатор і конденсатор Керра розташовані так, щоб амплітуди звичайного і незвичайного променів були однаковими, або щоб промінь розділявся в конденсаторі на 2 однакові частини. Це буде мати місце, коли . Тоді:

, (9.5).

Показники заломлення звичайного і незвичайного променів в нітробензолі між пластинами конденсатора є різними, тому в цьому проміжку швидкості променів теж є різними. Це є причиною того, що промені виходять із конденсатора з різницею оптичних шляхів :

, (9.6), де

- показники заломлення нітробензолу між пластинами конденсатора відповідно звичайних і незвичайних променів;

- довжина шляху променів в конденсаторі.