11. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации.

Эффект Керра— явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля. В сильных полях наблюдаются небольшие отклонения от закона Керра.

Эффект Керра был открыт в 1875 году шотландским физиком Джоном Керром (англ.).

Качественное описание

Под воздействием внешнего постоянного или переменного электрического поля в среде может наблюдаться двойное лучепреломление, вследствие изменения поляризации вещества. Пусть коэффициент преломления для обыкновенного луча равен n_o, а для необыкновенного — n_e. Разложим разность коэффициентов преломления n_o − n_e, как функцию внешнего поля E, по степеням E. Если до наложения поля среда была неполяризованной и изотропной, то n_o − n_e должно быть чётной функцией E (при изменении направления поля эффект не должен менять знак). Значит, в разложении по степеням E должны присутствовать члены лишь чётных порядков, начиная с E². В слабых полях членами высших порядков можно пренебречь, в результате чего

Закон Керра

n_e − n_o = Bλ₀E²,

где λ₀ — длина волны света в вакууме; B — постоянная Керра, зависящая от природы вещества, длины волны λ₀ и температуры. Для большинства веществ B > 0, что означает их подобие оптически положительным одноосным кристаллам.

Вращение плоскости поляризации:

Некоторые вещества (например, из твердых тел — кварц, сахар, киноварь, из жид­костей — водный раствор сахара, винная кислота, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации.

Опыт показывает, что угол поворота плоскости поляризации для оптически актив­ных кристаллов и чистых жидкостей:

для оптически активных растворов:

где d — расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе,

([]) — так называемое удельное вращение, численно равное углу поворота плоскости поляризации света слоем оптически активного вещества единичной толщины (единичной концент­рации — для растворов),

С — массовая концентрация оптически активного вещества в растворе, кг/м³. Удельное вращение зависит от природы вещества, температуры и длины волны света в вакууме.

12. Явление интерференции света. Оптическая разность хода и разность фаз. Условия усиления и ослабления интенсивности света.

Явление взаимного наложения когерентных волн, в результате чего происходит устойчивое пространственное ослабление или усиление интенсивности света в зависимости от фазовых соотношений между этими волнами, называется интерференцией. Интерфере́нция све́та — явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т. е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света.

Интерферировать могут только когерентные волны. Когерентными называют такие волны, которые имеют одинаковые частоты (длины волн) и постоянную разность фаз. Естественные источники света излучают некогерентные волны. Для образования когерентных волн различными методами разделяют волны, идущие от одного точечного источника.

Разность фаз световых волн, распространяющихся в среде, обычно выражают через оптическую разность хода в точке наблюдения. Оптическая разность хода - это разность оптических длин путей двух волн.

- оптическая длина пути,

- оптическая разность хода.

Оптическая разность хода отличается от обычной разности хода тем, что она учитывает показатель преломления среды. Связано это тем, что при переходе из одной среды в другую меняется длина волны.

Разность фаз колебаний Dф = ф1 – ф2 связана с оптической разностью хода соотношением:

где лямда – длина волны света в вакууме. В интерференционной картине свет будет максимально усиливаться и ослабляться по интенсивности в тех местах, где оптическая разность налагающихся волн равна соответственно четному и нечетному числу длин полуволн:

где k = 0, ±1, ±2, ... .