Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
4.6.3. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость
Зеебека и Д. Брюстера показали, что под влиянием механической деформации среда, бывшая оптически изотропной становится оптически анизотропной. Например, при одностороннем сжатии или растяжении стеклянной пластинки она приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением, вдоль которого происходит сжатие или растяжение. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси, пропорциональна нормальному напряжению 
:
, (4.4.14)
где 
– коэффициент, зависящий от свойств вещества.
Поместив деформированную стеклянную пластинку между скрещенными поляризатором и анализатором можно наблюдать интерференционную картину. При прохождении обыкновенным и необыкновенным лучами одного и того же расстояния, толщины пластинки d, между ними возникает оптическая разность хода: 
, которая приводит, согласно (4.4.13) к возникновению разности фаз:
(4.4.14а).
Очевидно, что при произвольных значениях Δφ, интенсивность света, прошедшего через анализатор, должна быть отличной от нулевой и определяется нормальным напряжением.
Явление фотоупругости используется для анализа напряжений в моделях механизмов. Разрабатываются датчики контроля сдвига пород для шахт. При малейшем изменении давления в породе в датчике возникают напряжения, которые регистрируются по изменению сдвига фаз обыкновенного и необыкновенного лучей.
4.6.4. Электрооптические явления
Эффект Керра
Возникновение двойного лучепреломления в изотропных жидкостях и в изотропных аморфных твердых телах под воздействием электрического поля было обнаружено Керром в 1875г. Это явление получило название эффекта Керра. Схема установки для исследования эффекта Керра в жидкостях показана на рисунке 4.4.11.
Ячейка Керра помещена между двумя скрещенными поляризаторами Р и Р΄. Ячейка представляет собой герметичный сосуд с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора. При подаче на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле. Под действием этого поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля (векторы напряженности электрического поля конденсатора показаны на рисунке). Луч света после поляризатора падает перпендикулярно вектору 
электрического поля. Происходит двойное лучепреломление, обыкновенный и необыкновенный лучи пространственно не разделяются (показано выше), но их скорости распространения различны. Разность показателей преломления поляризованной жидкости для необыкновенного и обыкновенного лучей монохроматического света в направлении, перпендикулярном вектору , пропорциональна квадрату амплитуды внешнего поля Е2вн:
, (4.4.15)
где λ – длина волны света в вакууме, В – константа Керра. Константа Керра зависит от природы вещества, длины волны и температуры. Для большинства веществ В>0.
| |
Рисунок 4.4.11. – Схема измерения эффекта Керра. |
При выходе из ячейки Керра вдоль лучей (обыкновенного и необыкновенного) распространяются плоскополяризованные волны, которые интерферируют. При сложении взаимно перпендикулярных колебаний результирующая волна может быть плоскополяризованной или иметь круговую поляризацию. (см раздел 3 «Колебания»). Результат интерференции зависит от разности фаз складываемых колебаний. Ячейка Керра, расположенная между скрещенными поляризатором и анализатором, создает между необыкновенным и обыкновенным лучами сдвиг фаз:
(4.4.15а)
где d – длина ячейки, равная длине пластин конденсатора, U=Евн·а – напряжение, подаваемое на конденсатор, а – расстояние между пластинами конденсатора.
При U=0 ячейка изотропна (Δφ=0) и не изменяет характера поляризации падающего на нее света. Поэтому световая волна через анализатор не проходит, результирующая волна – плоскополяризованная, колебания вектора 
совпадают с пропускным направлением поляризатора. Интенсивность за анализатором равна нулю. По мере увеличения U возрастает разность фаз. При этом увеличивается интенсивность света, проходящего через анализатор, достигая максимума при значении U0, соответствующем 
:
.
Результирующая волна является плоскополяризованной, но колебания результирующего вектора в данном случае совпадают с пропускным направлением анализатора. Если разность фаз обыкновенной и необыкновенной волн 
, то результатом их интерференции будет волна круговой поляризации.
Эффект Керра практически безинерционен: длительность процессов перехода вещества в электрическом поле из изотропного состояния в анизотропное и обратного перехода после исчезновения поля не превосходит 
. Поэтому, подавая на пластины конденсатора ячейки Керра переменное напряжение U (0 ≤ U ≤ U0), можно модулировать интенсивность света, проходящего через анализатор, в соответствии с колебаниями напряжения.
В оптических линиях связи ячейка Керра используется для модуляции лазерного луча и в качестве оптических затворов.
Эффект Поккельса
В некоторых кристаллах при наложении внешнего электрического поля возникает двойное лучепреломление, которого нет в отсутствие поля, причем разность показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей пропорциональна первой степени напряженности электрического поля. Это явление называется эффектом Поккельса.
Оптическая ось кристалла ориентируется параллельно лучу света, и напряженность внешнего электрического поля также коллинеарна этому направлению. Это можно осуществить либо взяв прозрачные электроды, либо проделав в центрах электродов маленькие отверстия. При наличии внешнего электрического поля возникает вторая оптическая ось, лежащая в плоскости, перпендикулярной первой оптической оси. Следовательно, индуцированная оптическая ось перпендикулярна направлению распространения света и относительно этой оси свет испытывает двойное лучепреломление. Для этой оси
, (4.4.16)
где а – постоянная. Ориентировка индуцированной оси в плоскости, перпендикулярной направлению луча света, зависит от ориентировки кристалла. Разность потенциалов, которую необходимо приложить между электродами в эффекте Поккельса; примерно на порядок меньше разности потенциалов, необходимой для получения в эффекте Керра одинакового двойного лучепреломления (при равных расстояниях между электродами). Это является важным преимуществом эффекта Поккельса для практических применений. Например, значение а для кристалла ниобата лития равна 
.
Ячейки Поккельса применяются для тех же полей, что и ячейки Керра, и во многих случаях заменили их.
4.6.5. Магнитооптические явления
Эффект Коттона – Мутона.
Явление возникновения оптической анизотропии у изотропного вещества под влиянием сильного внешнего магнитного поля было исследовано Э. Коттоном и А. Мутоном и получило название эффекта Коттона - Мутона.
Разность показателей преломления вещества для необыкновенного и обыкновенного лучей, распространяющихся перпендикулярно направлению оптической оси (направление главной оптической оси задается направлением вектора 
внешнего однородного магнитного поля) определяется соотношением:
(4.4.17)
где С – постоянная Коттона – Мутона, зависящая от природы вещества, длина волны света λ и температуры, Нвн – напряженность внешнего магнитного поля. Между необыкновенным и обыкновенным лучами возникает сдвиг по фазе:
(4.4.18),
где d – длина образца, состоящего из исследуемого вещества. Эффект Коттона – Мутона наблюдается в жидкостях, стеклах и коллоидах, в газах его пока не удалось обнаружить.
Эффект Коттона – Мутона принципиально отличается от эффекта Фарадея, поскольку зависит от индукции магнитного поля квадратично.
4.7. Интерференция поляризованного света
При наложении двух когерентных плоско поляризованных волн, световые вектора которых колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях, получаются эллиптически поляризованные волны. Вне зависимости от разности хода в пространстве не возникает перераспределение интенсивности, т. е. интерференции не происходит. Следовательно, для получения интерференционной картины недостаточно только когерентности волн, волны должны иметь еще и общую плоскость колебаний.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
Основные порталы (построено редакторами)