Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра. Оптический метод определения напряжений в образце

Двойное лучепреломление – явление преломления света на границе двух сред. Искусственное двойное лучепреломление - при прохождении из изотропной среды в анизотропную, при этом распространяется два луча.

Изотропные вещества в некоторых ситуациях могут вести себя подобно анизотропным.

Керр (1875) показал, что при помещении изотропных диэлектриков в электрическое поле, они становятся анизотропными (оптическая ось совпадает с направлением электрического поля). Рассм. Эффект Керра. В установку для получения поляризованного света между поляризатором и анализатором, установленными на темноту (скрещенными), помещается ячейка Керра. Она представляет собой сосуд с прозрачными плоскопараллельными стенками, заполненный активным веществом, чаще всего это бензол, с помещенными в нее электродами, на которые подается напряжение. Между ними проходит луч света. Без поля жидкость изотропна, лучи света не меняют поляризации и поле зрения темное. С появлением электрического поля наблюдается просветление на экране, что доказывает возникновение двойного лучепреломления, т.е. среда стала анизотропной. Бензол ведет себя подобно пластинке, вырезанной вдоль оптической оси. Установлено, что на величину (степень анизотропии) влияет напряженность электрического поля и величина длины волны лучей: -постоянная ячейки Керра. Ячейка Керра применяется для быстрого модулирования интенсивности света (киносъемка), В электронике используется как быстро действующий затвор ( с), в схемах для создания обратной связи в резонаторах. Ячейка Покильса – магнитное поле.

Искусственное двойное лучепреломление может наблюдаться при механических деформациях. Поляризатор и анализатор устанавливается на пути света так, что угол между осями , они скрещены, установлены на темноту. Между ними помещается изотропное вещество (орг.стекло), при этом ничего не изменяется. Затем прикладываем усилие, например, в одних направлениях образец сжимаем, а в других – растягиваем, при этом условия распространения света по различным направлениям окажутся различными и изотропная пластинка окажется анизотропной. - напряжение в образце

- степень анизотропии, которая появляется, пропорциональна напряжению.

Данный метод используется для исследования напряжений в строительных конструкциях.

Если вещество имеет толщину , то разность фаз, возникающая при прохождении обыкновенного и необыкновенного лучей через этот слой равна

Областям в теле, имеющим одинаковое напряжение, соответствует одинаковый сдвиг фаз и одинаковая окраска, т.е линии одинаковой окраски являются линиями равного напряженного состояния. Наблюдая с помощью анализатора прохождение поляризованного света через тело, можно по окраске судить о характере распределения напряжений в образце. Можно также вычислить и численное значение величины напряжения, но это сложно и чаще ограничиваются картиной распределения напряжений. Данный метод применяется к телам любой формы.

30. С давнего времени используют простейшие поляризационные приборы:

1) поляризационные призмы, 2)поляроиды, рассмотренные выше, а также ниже: 3) приборы, в которых используется вращение плоскости поляризации: сахариметры, приборы для измерения концентрации веществ в растворах. Наиболее часто для этого применяются призмы поляроиды.

Призмы делятся на два класса:

1)призмы, дающие только плоскополяризованный луч, - поляризационные призмы.

2)призмы, дающие два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях луча, - двоякопреломляющие призмы.

I. Поляризационные призмы построены по принципу полного отражения одного из лучей от границы раздела, в то время как другой луч с другим показателем преломления проходит через эту границу.

Например: призма Николя.

Представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль линий АВ канадским базальтом с n=1,55

,

,

.

Оптическая ось OO’ призмы составляет с входной гранью угол 48˚. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ, раздваивается на два луча: 0 и е (). При соответствующем подборе угла падения, равного или большего предельного, 0 луч испытывает полное отражение, так как канадский бальзам для него является средой оптически менее плотной, а затем поглощается зачерненной боковой поверхностью СВ. е луч выходит из кристалла параллельно падающему лучу, незначительно смещенному относительно него.

II) Двоякопреломляющие призмы испытывают различия в показателях преломления 0 и е лучей, чтобы развести их, возможно, дальше друг от друга.

Например: а) призмы исландского шпата и стекла4

б) призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями.

а) 0 луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется; е луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла () проходит призму почти без отклонения.

б) для двух призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенными и необыкновенными лучами.