27.7. Штучна оптична анізотропія

Прозорі ізотропні середовища (гази, рідини, аморфні тверді тіла) не мають властивості подвійного променезаломлення. Однак під впливом зовнішніх чинників (механічні напруги, електричні й магнітні поля) вони стають анізотропними і для них виникає подвійне променезаломлення. Це явище називається штучною оптичною анізотропією.

Розглянемо основні види цього явища.

1. Штучна анізотропія при механічній деформації. Помістимо між схрещеними поляризатором і аналізатором пластинку зі скла або оргскла. Якщо пластинка не деформована, то світло через таку систему не проходить. Піддамо пластинку стиску або розтяганню (рис. 27.11). У результаті на екрані буде спостерігатися картина, укрита кольоровими смугами. Кожна така смуга відповідає місцям, де напруга  одна й та сама.

Рис. 27.11

Мірою оптичної анізотропії є різниця показників заломлення

де k — деякий коефіцієнт, що залежить від матеріалу пластинки.

За розміщенням кольорових смуг можна судити про розподіл напруг у зразку. На цьому заснований оптичний метод вивчення механічних напруг. Із цією метою виготовляють прозору модель якої-небудь деталі або конструкції й поміщають її між схрещеними поляризатором і аналізатором. Модель піддається дії навантажень, аналогічних тим, які буде випробовувати сама деталь. Спостережувана при цьому кольорова картина дозволяє визначити розподіл і значення навантажень у деталі, знайти небезпечні місця їхньої концентрації.

2. Штучна оптична анізотропія в електричному полі (ефект Керра). Як було показано в §12.3, при вміщенні полярного діелектрика в електричне поле останній поляризується і його молекули орієнтуються в напрямку поля. При цьому він стає анізотропним і виникає явище подвійного променезаломлення. Мірою оптичної анізотропії, як і в попередньому випадку, є різниця , яка пропорційна квадрату напруженості електричного поля Е:

Рис. 27.12

Схема установки для спостереження ефекту Керра зображена на рис. 27.12. Установка складається з комірки Керра, поміщеної між схрещеними поляризатором і аналізатором. Комірка Керра являє собою плоский конденсатор, що міститься в посудині з рідиною. Якщо електричне поле відсутнє, то світло через таку систему не проходить. При включенні електричного поля рідина набуває властивостей одноосного кристала з оптичною віссю, спрямованої уздовж вектора напруженості . У результаті світло частково проходить через таку систему.

Ефект Керра практично безінерційний — час, протягом якого здійснюється переважна орієнтація молекул, становить близько 10^-10 с. Тому комірка Керра використовується як оптичний затвор для зйомки швидко змінних процесів, модуляції світлових пучків в оптоелоктроніці тощо

Недоліком ефекту Керра є необхідність використання високих напруг (U~1...5 кВ), що трохи звужує можливості його використання в низьковольтних напівпровідникових схемах. Цього недоліку позбавлене інше електрооптичне явище – ефект Поккельса, який полягає в зміні оптичної анізотропії деяких кристалічних тіл у зовнішньому електричному полі. Ефект Поккельса так само, як і ефект Керра, практично безінерційний, однак на відміну від останнього він лінійний за напруженістю.

3. Штучна оптична анізотропія в магнітному полі (ефект Коттона-Мутона). Цей значно слабший ефект, аналогічний ефекту Керра і полягає в тому, що коли ізотропну речовину помістити в магнітне поле, то в ній виникає подвійне променезаломлення. У цьому випадку

де С — стала Коттона-Мутона, яка залежить від довжини світлової хвилі та роду речовини, Н – напруженість магнітного поля.