9.9.4. Пластинка в четверть волны Если оптическая разность хода лучей складываемых волн
= d(n0 ne)= (4m + 1), (9.15)
то на выходе из пластинки, плоскости колебания векторов обыкновенной и необыкновенной волн, сдвинуты по фазе на /2. Если при этом = /4, где угол между оптической осью и направлением колебаний вектора в свете, выходящем из поляризатора П1, то свет, выходящий из пластинки, поляризован по кругу. Интерференция поляризованного света в сходящихся лучах Если сходящийся плоскополяризованный пучок лучей из линзы Л1 падает на пластинку (рис. 9.21), вырезанную из одноосного кристалла перпендикулярно его оптической оси, то лучи разного наклона проходят различные оптические пути в пластинке. Обыкновенный и необыкновенный лучи получают разность фаз
,
(9.16)
где угол между направлением распространения лучей и нормалью к поверхности кристалла.
Рис.
9.22
Рис.
9.21
Лучи, входящие в пластинку с колебаниями вектора , параллельными плоскости главного сечения или перпендикулярными ей, не разделяются на два слагаемых и при П2 П1 не будут пропущены анализатором П2.
В этих случаях наблюдается темный крест (рис. 9.22). Если П2 П1 крест будет светлым.
Интерференция поляризованных лучей применяется в кристаллооптике, минералогии и петрографии для диагностики минералов и горных пород, для определения ориентации кристаллов и изучения их дефектов. Существуют различные типы поляризационных приборов: поляриметры для исследования механических напряжений в деталях машин и сооружений, интерференционно-поляризационные фильтры с шириной полосы в 0,01 нм, компенсаторы и др.
9.10. Искусственная анизотропия. Эффект Керра
Эффект Керра объединяет три явления, два из которых открыты Керром в 18751876 г. (электрооптический и магнитооптический). В сильных электромагнитных полях наблюдается оптический эффект Керра.
9.10.1. Электрооптический эффект Керра
Квадратичный электрооптический эффект возникает в результате двойного лучепреломления в оптических изотропных средах (газах, жидкостях, кристаллах с центром симметрии, стеклах и т. д.) под действием внешнего электрического поля. Оптически изотропная среда, помещенная в электрическое поле, становится анизотропной и приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого направлена вдоль вектора этого поля.
Эффект Керра объясняет возникновение электронной поляризации в проходящем через среду линейнополяризованного света.
Рис.
9.23
Плоскость поляризации падающего на ячейку света составляет угол 450 с направлением вектора электрического поля.
В отсутствии электрического поля свет не проходит через поляроиды (поляризатор и анализатор скрещены).
Наведенная электрическим полем, искусственная оптическая анизотропия вещества приводит к возникновению обыкновенного и необыкновенного лучей. Из-за различия скорости их распространения между ними возникает разность фаз и, в результате интерференции на выходе из вещества, получаем эллиптически поляризованный свет. О величине эффекта судят по интенсивности прошедшего через анализатор света, регистрируемого фотоприемником ФП.
Разность фаз
=
,
(9.17)
где d размер ячейки Керра; В постоянная Керра.
Теория этого явления описана Ланжевеном и Борном.
Согласно квантовой теории действие электрического поля на вещество сводится к изменению энергий и волновых функций квантовых состояний, отвечающих за оптические свойства среды.
Эффект Керра характеризуется малой инерционностью, время релаксации 1011 1012 с, что используется при создании быстродействующих оптических затворов, применяемых в лазерной технике и скоростной фотографии.
В твердых телах (кристаллах и стеклах), кроме истинного эффекта Керра, вызванного электронной поляризацией вещества, наблюдается также квадратичный электрооптический эффект, связанный с деформацией вещества из-за электрострикции.
Этот эффект характеризуется большим временем релаксации.