Искусственное двойное лучепреломление

Кристаллы. Двойное лучепреломление может возникать в про­зрачных' изотропных телах, а также в кристаллах куби­ческой системы под влиянием различных воздействий. В частности, это происходит при механических деформа­циях тел. Мерой возникающей оптической анизотропии может служить разность показателей преломления обык­новенного и необыкновенного лучей. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна напряжению  в данной точке тела

n_o – n_e = k

где k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от свойств вещества.

Поместим стеклянную плас­тинку Q между скрещенными поляризаторами Р и Р'. Пока стекло не деформировано, такая система свет не пропускает. Если же стекло подвергнуть деформации (например, одностороннему сжатию), свет через систему начинает проходить, причем наблюдаемая в прошедших лучах картина будет испещрена цветными полосами, Каждая такая полоса соответствует одинаково деформи­рованным местам пластинки. Следовательно, по харак­теру расположения полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки.

На искусственном двойном лучепреломлении основы­вается оптический метод исследования напряжений. Из­готовленная из прозрачного изотропного материала (на­пример, из целлулоида или плексигласа) модель ка­кой-либо детали или конструкции помещается между скрещенными поляризаторами. Модель подвергается дей­ствию нагрузок, аналогичных тем, какие будет' испыты­вать само изделие. Наблюдаемая при этом в проходящем белом свете картина позволяет определить распределе­ние напряжений, а также судить об их величине.

Остаточные напряжения также приводят к искус­ственной оптической анизотропии. Поэтому оптический метод применяется для проверки стеклянных изделий на отсутствие в них вредных напряжений. Такой метод отбраковки является очень чувствительным.

Жидкости. В 1875 г. Керр обнаружил, что жидкостях под воздействием электрического поля возникает двойное лучепреломление. Это явление получило название эффекта Керра. В 1930 г. Эффект Керра наблюдался в газах.

На рис. изображена схема установки для наблюдения эффекта Керра в жидкостях. Установка состоит из ячейки Керра, помещенной между скрещенными по­ляризаторами Р и Р'. Ячейка Керра представляет собой герметичную кювету с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора. При подаче на пластины напря­жения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под его действием жидкость при­обретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля. Разность показате­лей преломления n_o и n_e пропорциональна квадрату на­пряженности поля :

n_o – n_e = kE²

На пути между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает разность хода

 = (n_o – n_e)  = k E²

или разность фаз

Последнее выражение можно записать следующим образом

 = 2В Е²

где В — характерная для вещества величина, называе­мая постоянной Керра. Постоянная Керра зави­сит от температуры вещества и от длины волны света.

Эффект Керра объясняется оптической анизотропией молекул жидкости, т. е. различной поляризуемостью мо­лекул по разным направлениям. В отсутствие поля мо­лекулы ориентированы хаотическим образом, поэтому жидкость в целом не обнаруживает анизотропии. Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо направления наибольшей поляризуемости (у не­полярных молекул). В результате жидкость становится анизотропной. Ориентирующему действию поля проти­вится тепловое движение молекул. Этим обусловливает­ся наблюдающееся на опыте уменьшение постоянной Керра В с повышением температуры.

Время, в течение которого устанавливается (при включении поля) или исчезает (при выключении поля) преимущественная ориентация молекул, составляет око­ло 10^-10 сек. Таким образом, ячейка Керра, помещенная между скрещенными поляризаторами, мо­жет служить практически безынерционным световым за­твором. В отсутствие напряжения на пластинах конден­сатора затвор будет закрыт. При включении напряжения затвор пропускает значительную часть света, падающего на первый поляризатор.