Искусственная анизотропия

Рассмотрим два наиболее характерных способа получения искусственного двойного лучепреломления.

Анизотропия при деформациях. При одностороннем сжатий или растяжении направление деформации становится выделенным и играет роль оптической оси. Тело становится анизотропным и двупреломляющим, разность показателей преломлений которого

(38)

где s — напряжение (Па = Н/м²), k — коэффициент, зависящий от свойств вещества.

Для наблюдения двойного лучепреломления исследуемое тело помещали между скрещенными поляризаторами, плоскости пропускания которых со­ставляют угол 45° с направлением деформации (рис. 6.26).

рис. 6.26

Если тело имеет вид пластинки или кубика, то при увеличении напряжения наблюдают усиление и ослабление прошедшего света. Если же тело имеет вид клина или другой более сложной формы, то в проходящем свете наблюдается картина в виде системы так или иначе расположенных полос с максимумами и минимумами освещенности. При изменении напряжения картина меняется. Этим пользуются при исследовании распределения напряжений в сложных телах (конструкциях): изготавливают геометрически подобную модель из подходящего прозрачного материала, подвергают ее нагрузке и по наблюдаемой между скрещенными поляризаторами картине судят о распределении внутренних напряжений. Этот метод значительно упрощает весьма трудоемкую работу по расчету напряжений в новых конструкциях.

Заметим, что целлофановая пленка является двупреломляющей. Полиэтиленовые же пленки становятся двупреломляющими только в результате растяжения. Это можно легко проверить на опыте.

Анизотропия в электрическом поле. Возникновение двойного лучепреломления в жидкости и в аморфных телах под воздействием электрического поля – эффект Керра – нашел широкое применение как в науке, так и в технике эксперимента.

рис. 6.27

Схема установки для наблюдения этого эффекта показана на рис. 6.27. Между двумя скрещенными поляризаторами Р и P ' помещают ячейку Керра — исследуемую жидкость между обкладками конденсатора в кювете.

При создании электрического поля, напряженность Е которого составляет угол 45° с плоскостями пропускания поляризаторов, среда становится оптически анизотропной, двупреломляющей, оптическая ось которой совпадает с направлением вектора Е.

Возникающая разность показателей преломления обыкновенной и необыкновенной волн оказывается при этом равной следующему выражению:

(39)

где l — длина волны света, В — постоянная Керра, имеющая особенно большое значение у нитробензола (2,2-10~¹⁰ см/В²).

На пути l в конденсаторе между обыкновенной и необыкновенной волнами возникает разность фаз d = 2pD/l, или с учетом (39) выражение для dпринимает следующий вид:

(40)

Изменение напряженности Е электрического поля приводит к последовательным просветлениям и затемнениям поля зрения.

Эффект Керра объясняется тем, что при включении электрического поля происходит поляризация молекул того же нитробензола и их выстраивание по полю. Это и создает анизотропию вещества с преимущественным направлением – оптической осью – вдоль электрического поля.

Наиболее важной особенностью эффекта Керра, обусловливающей его широкое применение, является весьма малая инерционность (до 10^-12 с). Это, в частности, позволяет осуществить практически безинерционный оптический затвор, с помощью которого изучают весьма быстро протекающие процессы. Такой затвор представляет собой по существу «лупу времени».

Кроме того, данный эффект используют для создания сверхкоротких световых импульсов, что позволяет определять, например, скорость света на базе лабораторного стола (~ 3 м). Этот эффект используют для управления режимом работы лазеров с целью получения сверхкоротких импульсов огромной мощности и во многих других весьма тонких физических экспериментах.