3.3. Физические эффекты с оптическими результатами воздействия

К оптическим результатам воздействия относятся: интенсивность оптического излучения, коэффициент преломления, угол поворота плоскости поляризации и др.

К физическим эффектам с оптическими результатами воздействия относятся: эффекты Поккельса, Керра, Фарадея; фотоупругий эффект и др.

3.3.1. Фотоупругий эффект

Фотоупругий эффект (фотоупругость) – возникновение оп­тической анизотропии в первоначально изотропных средах под действием меха­нических напряжений.

Структурная схема фотоупругого эффекта показана на рис. 3.13.

Фотоупругий эффект проявляется в виде двойного лучепреломления (раздвоение светового луча на два луча – обыкновенный и необыкновенный лучи), как показано на рис. 3.14, и дихроизма (по­явление окраски анизотропного поля в белом свете). Причиной возникновения фотоупругости является зависимость диэлектрической проницаемости вещества от деформа­ции.

Рис. 3.13 Рис. 3.14

По­казатели преломления n₀(обыкновенного луча) иn_е (необыкновенного луча) вдоль направленияAB и перпенди­кулярно к нему максимально отли­чаются друг от друга. Разность Δnпоказателей преломленияn₀обыкновенного иn_eнеобыкновенного лучей является мерой анизотро­пии и пропорциональна величине механического напряжения [11]:

Δn= (n₀–n_e) =k^. F, (3.38)

где Δn– величина двойного лучепреломления;F– сила;k – упругооптическая постоянная, зависящая от материала.

Фотоупругий эффект обусловлен дефор­мацией электронных оболочек атомов и молекул и ориентацией оптически анизотропных молекул либо их ча­стей, а в полимерах – раскручива­нием и ориентацией полимерных цепей и может проявляться как в твердых телах, так и в жидкостях.

Необходимыми условиями проявле­ния фотоупругости в твердых телах является прозрачность тела.

Жидкости могут обнаруживать оптическую анизотропию, если в них присутствуют молекулы определен­ных видов, в частности длинные цепо­чечные молекулы. В неподвижных жидкостях оси этих молекул расположены беспорядочно, но в жидкостях могут образовываться некоторые области, обладающие кри­сталлическими свойствами, когда жидкость образует тонкий слой, толщина кото­рого соизмерима с длиной цепочки. В таких тонких пленках могут возни­кать стабильные жидкие кристаллы.

При ламинарном течении жидкости анизотропия обнаруживается во всем ее объеме. Это обусловлено тем, что если соседние слои жидкости имеют разные скоро­сти, то длинные цепочечные молекулы стремятся ориентироваться перпендикулярно к градиенту скорости, что приводит к появлению анизо­тропии.

Фотоупругий эффект проявляется на телах любой формы.

Для оценки же­сткости и оптической чувствительности материала используется коэффи­циент качества К_ε, который характеризует оптическую чувствительность материалов по деформациям:

, (3.39)

где Е – модуль упругости;– оптический коэффициент напряженности, или фотоупругая постоянная.

Оптические характе­ристики некоторых материалов при­ведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Материал	Стеклообразное состояние		Высокоэластичное состояние
	Сσ.10-12, м/Н	Е.10-2, МПа	Сσ.10-12, м/Н	Е.10-5, Па
Стекло	2 - 3	600	-	-
Плексиглас	5	32	-	-
Прозрачные резины	-	-	1500	50
Прозрачные метал- лы (хлористое серебро)	-	-	2350	40

Фотоупругий эффект используется для исследования потоков жидкостей, в датчиках перемещения, деформации и др.