Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость. Электрооптические и магнитооптические эффекты

Обычные прозрачные тела, не обладающие двойным лучепреломлением, при определенном воздействии на них становятся двупреломляющими. Рассмотрим два наиболее характерных способа получения искусственного двойного лучепреломления.

1. Фотоупругость. Оптически изотропное тело под влиянием механической деформации (рис.3.4.21) становится оптически анизотропным. Это явление получило название фотоупругости. При сжатии или растяжение стеклянной пластинки она приобретает свойства одноосного кристалла, ось которого параллельна направлению растяжения или сжатия. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном к оптической оси, пропорциональна нормальному напряжению s:

,

где k – коэффициент, зависящий от свойств вещества.

Если деформированную пластинку поместить между поляризатором и анализатором, то можно наблюдать явление интерференции поляризованного света. По виду интерференционной картины можно судить о распределении внутренних напряжений. Поэтому явление искусственной оптической анизотропии широко используется в технике.

2. В 1875 г. Керр обнаружил, что жидкий или твёрдый изотропный диэлектрик, помещенный в достаточно сильное электрическое поле, становиться оптически анизотропным. Это явление называется эффектом Керра.

Поляризатор и скрещенный с ним анализатор разделены ячейкой Керра - колбой с исследуемой жидкостью, в которую погружены обкладки плоского конденсатора (рис.3.4.22). Под действием однородного электрического поля в плоском конденсаторе жидкость поляризуется и приобретает свойства одноосного двоякопреломляющего кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением вектора напряженности поля конденсатора. Разность показателей преломления поляризованной жидкости для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света в направлении, перпендикулярном к вектору , пропорциональна :

,

где l - длина волны света в вакууме, В – постоянная Керра, она зависит от природы вещества, длины волны l и температуры. С ростом температуры значение В быстро уменьшается.

Эффект Керра существует и в газах. Для большинства веществ В >0. Однако существуют вещества, для которых В <0. Ячейка Керра, находящаяся между скрещенными поляризатором и анализатором, действует на свет так же, как плоскопараллельная кристаллическая пластинка. Она создаёт между необыкновенным и

обыкновенным лучами сдвиг фаз , где d – длина ячейки, равная длине пластин конденсатора, а – расстояние между пластинами,

– напряжение между обкладками конденсатора. При U =0 ячейка изотропна и не меняет характера поляризации падающего на неё света, поэтому свет через анализатор не проходит. С ростом U величина растет, и соответственно увеличивается интенсивность света, проходящего через анализатор, достигая максимума при значении , соответствующем :

Эффект Керра практически безинерционен: длительность процессов перехода вещества в электрическом поле из изотропного состояния в анизотропное и обратного перехода при исчезновении поля не превосходит 1-10нс. Поэтому подавая на обкладки конденсатора ячейки Керра переменное напряжение (), можно модулировать интенсивность света, проходящего через анализатор, в соответствии с колебаниями U.

3. Изменение оптических свойств кристалла под действием внешнего электрического поля называют электрооптическим эффектом Поккельса. В отличие от эффекта Керра, квадратичного по Е, эффект Поккельса линейно зависит от Е.

4. Коттон и Мутон обнаружили явление оптической анизотропии у изотропного вещества под влиянием сильного магнитного поля – эффект Коттона-Мутона. Разность показателей преломления вещества для обыкновенного и необыкновенного лучей, распространяющихся перпендикулярного направлению оптической оси, т.е. к вектору однородного магнитного поля равна:

,

где С – постоянная, зависящая от природы вещества, длины волны и температуры. Этот эффект наблюдается в жидкостях, стёклах и коллоидах.