11. Частично поляризованный свет.

Модели неполяризованного и полностью поляризованного света являются идеализациями. Реальные световые пучки имеют степень поляризации 0<Р<1. Такой свет является частично поляризованным. Отметим, что частично поляризованный свет можно представить как суперпозицию неполяризованной и полностью поляризованной компонент.

12. Вращение плоскости поляризации.

Одним из видов двойного лучепреломления является появление в результате него двух циркулярно поляризованных волн, приводящих к вращению плоскости поляризации. Это явление называют оптической активностью вещества. Оптическая активность в естественных кристаллах определяется как строением молекул вещества, так и расположением молекул в кристаллической решетке. Возникновение оптической активности связано с тем, что электромагнитная волна, проходящая через вещество, имеет различную фазу в разных частях молекулы или кристаллической решетки. В результате колебания электронов, возбужденных световой волной в отдельных частях асимметричной молекулы, они имеют разную фазу, и при интерференции вторичных световых волн происходит поворот плоскости поляризации. Это явление может быть названо внутримолекулярной интерференцией. Оптической активностью обладают только симметричные молекулы и кристаллы, не имеющие ни плоскости, ни центра симметрии. Вращение плоскости поляризации в жидкостях является следствием так называемой оптической изометрии. Так как молекулы большинства органических соединений не симметричны, то в простейшем случае у таких соединений возможно наличие двух стереоизомеров, являющихся зеркальным отражением друг друга. Избыток одного из стереоизомеров и приводит к тому, что в целом вещество оказывается оптически активным.

Направление вращения принято устанавливать для наблюдателя, смотрящего навстречу приближающейся волне: правовращающие вещества поворачивают плоскость поляризации направо (по часовой стрелке - положительный знак), а левовращающие - дают обратное вращение (отрицательный знак). В природе встречаются вещества, как правило, представленные одним изомером и вращающие плоскость поляризации направо.

Угол поворота плоскости поляризации можно вычислить по формуле

где ₀— удельное вращение плоскости поляризации для определенной длины волны, т. е. угол, на который поворачивается плоскость поляризации линейно поляризованного света при прохождении слоя вещества единичной длины.

Удельное вращение зависит от длины волны. Эту зависимость называют вращательной дисперсией (или дисперсией оптической активности).

13. Искусственная анизотропия.

Наряду с анизотропией, обусловленной свойствами среды, .под действием внешних полей возникает наведенная (искусственная) анизотропия. В зависимости от природы внешнего поля различают следующие виды искусственной анизотропии: пьезооптический эффект (фотоупругость), электрооптический эффект (линейный и квадратичный), магнитооптический эффект (двойное лучепреломление и оптическая активность). Рассмотрим эти явления последовательно.

Если изотропное тело находится в силовом поле (деформируется), то в нем возникает выделенное направление и тело приобретает свойства кристалла (в том числе и свойство двойного лучепреломления). При одностороннем растяжении или сжатии изотропное тело становится подобным одноосному кристаллу с оптической осью, параллельной направлению растяжения или сжатия. При более сложных деформациях, например при двустороннем растяжении, тело становится оптически двухосным.

Теория и опыт показывают, что разность показателей преломления n_e-n_о, являющаяся мерой возникающей анизотропии, пропорциональна давлению F, которому подвергается деформируемое тело, т.е. n_e-n_о= KF, где К — константа, определяемая свойствами вещества.

Оптическая анизотропия может возникнуть и в потоке жидкости при наличии градиента скорости движения жидкости. Она вызывается натяжением и аналогична анизотропии, возникающей в твердых телах при деформации.

Другим примером искусственной анизотропии является электрооптический эффект. Квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра) наблюдается в средах, имеющих центр симметрии, например в жидкостях. Под действием электрического поля жидкость становится по оптическим свойствам подобной одноосному кристаллу с оптической осью, направленной вдоль электрического поля.

Для монохроматического света с длиной волны  разность показателей преломления n_e-n_о пропорциональна квадрату напряженности электрического поля Е, т. е. n_e-n_о = KE², где К — константа, характеризующая жидкость. Наряду с константой К вводят постоянную Керра В = К.

Для большинства жидкостей В>0 (n_e>n_о), т. е. их анизотропия соответствует анизотропии положительного кристалла. Численные значения постоянной Керра для разных веществ весьма различны. Максимальным значением обладает нитробензол, для которого

В = 2,2 ·10^-10 см/В².

Наряду с квадратичным существует линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса). Наиболее сильно этот эффект выражен в кристаллах дигидрофосфата калия (KDP) и аммония (ADP). Эти кристаллы анизотропные и одноосные. Под действием электрического поля кристалл становится двухосным и, кроме того, происходит поворот эллипсоида показателя преломления.

Магнитооптический эффект проявляется в двух видах. Наложение магнитного поля приводит либо к возникновению двойного лучепреломления, либо вещество становится оптически активным.

В первом случае явление аналогично эффекту Керра, т. е. n_e-n_о = DH², где Н — напряженность магнитного поля; В — константа, характеризующая свойства среды. Вводим также постоянную Коттона — Мутона c*=D/. Константа с* очень мала. Этот эффект наблюдается в жидкостях, стеклах и не наблюдается в газах.

Вещества, не обладающие естественной оптической активностью, приобретают ее под действием внешнего магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации  в этом случае пропорционален длине пути d света в среде и напряженности магнитного поля Н:

где ρ — постоянная, характерная для вещества и носящая название постоянной Верде. Значения ρ невелики, и требуются достаточно сильные магнитные поля, чтобы эффект был значительным. Например, для сероуглерода ρ=0,042, для тяжелого флинта ρ=0,06 - 0,09, если d выражено в сантиметрах, а Н — в эрстедах.

Очень большой поворот плоскости поляризации наблюдается в тонких пленках ферромагнитных металлов (железо, никель, кобальт и др.). Пленка железа толщиной 0,1 мкм в поле напряженностью 10⁴ Э поворачивает плоскость поляризации на 2°.

Направление вращения плоскости поляризации для каждого вещества определяется лишь направлением магнитного поля и не зависит от направления распространения света. Если свет многократно проходит через вещество, то происходит накопление угла поворота.

10