16. Анизотропия и свет.

Превращение естественного света в поляризованный и изме-

нение типа поляризации (см."Поляризация") при различных опти-

ческих явлениях почти всегда связаны с оптической анизотропией

вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным

направлениям. Оптическая анизотропия является следствием ани-

зотропии структуры и вещества. Создавать или менять анизотро-

пию структуры и вещества можно воздействием самых различных

факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим и обь-

ясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на по-

ляризацию светового излучения.

В ряде таких эффектов поляризация света происходит без

дополнительного воздействия на вещество. Так, например, ес-

тественный свет, отраженный под углом Брюстера, полностью ли-

нейно поляризованный (см."Отражение и преломление"), а право-

циркулярно-поляризованный свет при перпендикулярном отражении

от стеклянной пластинки превращается в левоциркулярно-поляри-

зованный.

16.1. На границе анизотропных прозрачных тел (в первую

очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т.

е. расцепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных

луча, имеющие различные скорости распространения в среде -

обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован пер-

пендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем

как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плос-

кости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизот-

ропии". Так его коэффицент преломления изменяется с направле-

нием, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.

Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах.

В случае двуосных кристаллов картина расщепления несколько

сложнее (1-3,6,7,).

Эффект двойного преломления положен Николем в основу

изобретенной им поляризационной призмы. Он использовал разли-

чие показателей преломления обыкновенного и необыкновенного

лучей, создав для одного из них условия полного внутреннего

отражения, после которого этот луч, изменив свое направление,

поглощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч пол-

ного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь

призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на вы-

ходе призмы получается полностью линейно-поляризованный свет.

16.2. Механо-оптические явления.

Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возник-

новению оптической анизотропии под действием механических сил.

16.2.1. Фотоупругость - так называется возникновение в

изотропных прозрачных твердых телах оптической анизотропии и

связанного с ней двойного лучепреломления под действием меха-

нических нагрузок, создающих в твердых телах деформации.

При пропускании луча света через такое , пре, тело возни-

кает два луча и различной поляризации,интерференция между ко-

торыми приводит к образованию интерференционной картины, вид

кот позволяет судить о величинах и распределении напряжений в

теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку опти-

чеспия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотроп-

ной структуры вещества, то эффект фотоупругости позволяет ви-

зуализировать как упругие деформации, так и остаточные, а это

значит , что о деформациях и нагрузках можно судить и после

снятия этих нагрузок.

Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в вещест-

вах , уже обладающие анизотропией свойства. При этом изменяет-

ся характер анизотропии: например, в одноосном кристалле может

возникнуть двойное преломление в направлении его оптической

оси,вдоль которой он первоначально изотропен.

Эффект фотоупругости - один из самых тонких методов изу-

чения структуры и внутренних напряжений в твердых телах (4)

А.С. N.249025: Способ оценки распределения контактных

напряжений по величине деформации пластичной прокладки, распо-

лагаемой в зоне контакта между соприкасающимися поверхностями,

отличающийся тем,что с целью повышения точности,в качестве

пластичной прокладки используют пленку из оптически чувстви-

тельного материала, которую затем просвечивают поляризованным

светом в направлении действия контактных сил и по картине по-

лос судят о распределении контактных напряжений.

А.С. N.226811

Франция,заявка N.2189705

Япония,заявка N.49-16676.

США. патент N.3800594

16.2.2. Э ф ф е к т М а к с в е л л а .

Так называют возникновение

оптической анизотропии (двойного лучепреломления) в потоке

жидкости. Этот эффект обусловлен двумя причинами: преимущест-

венно ориентации частиц жидкости или растворенного в ней ве-

щества (полной ориентации мешает броуновское движение)и их де-

формацией, которые возникают под действием гидродинамических

сил при относительном смещении прилежащих слоев жидкости, т.е.

при наличии градиента скорости по сечению потока.В основном

возникновение градиента скоростей в потоке определяется тормо-

зящим воздействием стенок (например,трубы). Относительная роль

ориентации и деформации частиц различна в различных жидкостях

и зависит от свойств и структуры молекул: в случае длинных

анизотропных частиц и молекул основную роль играет ориентация,

для глобулярных изотропных - больший вклад дает информа-

ция,т.к. ориентация таких частиц в потоке незначительна.По су-

ти дела,эффект Максвелла - это вариант эффекта фотоупругости

для жидкостей. Отсутствие в жидкости напряжений упругой дефор-

мации компенсируется ее "динамизацией" ,приведением ее в дви-

жение,что создает деформацию отдельных молекул.

Величина эффекта Максвелла зависит, в частности от формы

и размеров частиц,что позволяет использовать его для измерения

этих величин. (5)

Практическое применение эффекта в основном лежит, в об-

ласти тонких иследований фиологических объектов,таких,как оп-

ределение размеров ряда вирусов,изучение структуры многих бел-

ковых молекул и др.