 |
|
Штучна оптична анізотропія
Подвійне променезаломлення спостерігається в природних анізотропних середовищах. Існують різні способи отримання штучної оптичної анізотропії, тобто надання оптичної анізотропії природно ізотропним речовинам.
Оптично ізотропні речовини стають оптично анізотропними під дією :
1). одностороннього стиску або розтягу (кристали кубічної системи, скла та ін.) (Т. Зеєбек, Д. Брюстер);
2). електричного поля (рідини, аморфні тіла , гази) (Керр);
3). магнітного поля (рідини, скло, колоїди) (Коттон, Мутон);
І. Оптичну анізотропію, яка виникає під впливом деформації, можна виявити, якщо помістити досліджуване тіло A між поляризатором p і аналізатором a, які схрещені (рис. 262). Доки тіло не деформоване, така система світла не пропускає. 
При односторонньому стиску або розтягу тіла вздовж напрямку OO в ньому виникає оптична анізотропія, яка еквівалентна анізотропії одноосного кристала з оптичною віссю OO. Звичайний і незвичайний промені будуть поширюватися в напрямку, який перпендикулярний до OO, із різними швидкостями 
і 
. Якщо головний переріз поляризатора не паралельний і не
перпендикулярний до OO, то світло, яке пройшло через деформоване тіло, стане еліптично поляризованим і його не можна погасити аналізатором.
Різниця коефіцієнтів заломлення 
може служити мірою анізотропії, що виникла. Досвід показує, що різниця 
пропорційна до напруги 
в даній точці тіла:
,
де 
– коефіцієнт пропорційності, що залежить від властивостей речовини. Різниця фаз, яку матимуть звичайний і незвичайний промені, пройшовши тіло завтовшки 
, дорівнює
,
де 
– довжина світлової хвилі у вакуумі, а 
– новий коефіцієнт. Залежно від роду речовини коефіцієнт C може бути позитивним або негативним.
Явище штучної оптичної анізотропії при деформаціях використовують для виявлення внутрішніх залишкових напруг, які можуть виникати у виробах зі скла та інших прозорих ізотропних матеріалів внаслідок порушення технології їх виготовлення. Оптичний метод вивчення на прозорих моделях розподілу внутрішніх напруг у різних напружених частинах машин і споруд широко застосовують у сучасній техніці. Для цього використовують моделі, виготовлені з целулоїду або іншої ізотропної речовини.
Оскільки величина оптичної анізотропії пропорційна до напруги , то за виглядом смуг однакового кольору (ізохром), що виникають при спостереженні моделі між схрещеними ніколями, можна зробити висновок про величину напруг.
Оптична анізотропія може виникнути теж і в рідині під впливом зовнішніх динамічних впливів. Виникнення оптичної анізотропії в потоці може бути використана для вивчення властивостей полімерів, що йдуть на виготовлення штучних каучуків і пластмас.
ІІ. У 1875 р. Д. Керр виявив, що рідкий або твердий ізотропний діелектрик, вміщений у дуже сильне однорідне електричне поле, стає оптично анізотропним. Це явище називають ефектом Керра. Принципову схему спостереження цього явища в рідинах зображено на рис. 263, де p і a – поляризатор і схрещений з ним аналізатор. Між ними розміщена кювета з конденсатором („комірка Керра”), між пластинами якого знаходиться досліджувана рідина. За відсутності електричного поля світло через систему не проходить.
Досліди показали, що під дією однорідного електричного поля в плоскому конденсаторі рідина набуває властивостей одновісного двозаломлюючого кристала, оптична вісь якого збігається з напрямком вектора 
напруженості поля конденсатора. Різниця показників заломлення рідини для звичайного і незвичайного променів монохроматичного світла в напрямку, який перпендикулярний до вектора , пропорційна 
:
,
де 
– коефіцієнт пропорційності.
Якщо довжина шляху променів між обкладками конденсатора l, то різниця фаз між звичайним і незвичайним променями дорівнює
,
де 
– стала Керра, яка залежить від природи речовини, довжини хвилі , температури і швидко зменшується з її збільшенням. Часто користуються іншою константою Керра К, яка пов’язана з В співвідношенням: 
, n – абсолютний показник заломлення речовини за відсутності електричного поля.
У 1930 р. було виявлено існування ефекту Керра і в газах. Трудність спостереження цього явища пов’язана з тим, що значення В для газів на кілька порядків менше ніж для рідин.
Для більшості речовин В>0, тобто ці речовини за своїми оптичними властивостями в однорідному електричному полі подібні до оптично позитивних одновісних кристалів. Є речовини, для яких В<0.
Ефект Керра пояснюється різною поляризацією молекул за різними напрямками. За відсутності поля молекули орієнтовані довільно, тому рідина загалом не виявляє анізотропії. Під дією поля молекули повертаються так, щоб в напрямі поля були орієнтовані або їх дипольні електричні моменти (у полярних молекул), або напрям найбільшої поляризації (у неполярних молекул). В результаті речовина стає оптично анізотропною.
Ефект Керра практично безінерційний, тобто перехід речовини з ізотропного стану в анізотропний (і назад) при вмиканні поля становить ~ 
. Тому цей ефект може бути ідеальним світловим затвором і застосовується в швидкоплинних процесах (звукозапис, відтворення звуку, швидкісне фото – і кінознімання), в оптичній локації.
ІІІ. Штучну анізотропію можна створити теж дією магнітного поля, яка спостерігається в речовинах, молекули яких анізотропні, тобто в парамагнетиках. За відсутності зовнішнього магнітного поля молекули розміщуються хаотично, результатом чого є статистична ізотропія. Якщо таку речовину помістити в досить сильне магнітне поле, то відбудеться напрямлена орієнтація власних магнітних моментів молекул. Це зумовлює анізотропію речовини, що приводить до подвійного заломлення променів. Таке середовище поводить себе як одновісний кристал, оптична вісь якого паралельна до вектора індукції поля 
. Це явище називається ефектом Коттона-Мутона. Різниця показників заломлення середовища при цьому
,
де 
– коефіцієнт пропорційності, а різниця фаз між звичайним і незвичайним променями становитиме
,
де 
– стала, яка залежить від природи речовини, довжини хвилі світла і температури.
ДЕМЕТЦ ГЕОРГІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ
(1861-1947)
Експериментально дослідив (1888-1902) ефект Керра в чистій воді і водяних розчинах желатину і колодію.
ЛУБЧЕНКО АНДРІЙ ФЕДОРОВИЧ
(1921-1977)
Розвинув теорію лінійного явища Керра в області екситонного поглинання світла молекулярними кристалами і явища Коттона-Мутона в області домішкового поглинання світла.