Искусственная анизотропия. Вращения плоскости поляризации.

Существуют, однако, различ­ные способы получения искусственной оп­тической анизотропии, т. е. сообщения оп­тической анизотропии естественно изо­тропным веществам. Оптически изотропные вещества ста­новятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической систе­мы, стекла и др.); 2) электрического поля (эффект Керра; жидкости, аморфные те­ла, газы); 3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).

Мерой возникающей оптической ани­зотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкно­венного лучей в направлении, перпендику­лярном оптической оси: n_o-n_e=k ₁ s (в случае деформации);

n_o-n_e=k₂E² (в случае электрического поля);

n_o-n_e=k₃H² (в случае магнитного поля), где k₁, k₂, k₃ — постоянные, характеризую­щие вещество, а — нормальное напряже­ние, Е и Н — соответственно напряженность электрического и магнит­ного полей.

Ячейка Керра — кю­вета с жидкостью (например, нитробензолом), в которую введены пластины кон­денсатора, помещается между скрещен­ными поляризатором Р и анализатором А.

При наложе­нии электрического поля жидкость стано­вится двоякопреломляющей; при измене­нии разности потенциалов между электро­дами меняется степень анизотропии ве­щества, а следовательно, и интенсивность света, прошедшего через анализатор. На пути l между обыкновенным и необыкно­венным лучами возникает оптическая раз­ность хода D=l(n_o-n_e)=k₂ lE ² или соответ­ственно разность фаз j=2pD/l=2p BlE ², где B=k ₂ /l — постоянная Керра.

Эффект Керра — оптическая анизот­ропия веществ под действием электриче­ского поля — объясняется различной по­ляризуемостью молекул жидкости по раз­ным направлениям. Это явление практиче­ски безынерционно, т. е. переход вещества из изотропного состояния в анизотропное при включении поля (и обратно) состав­ляет приблизительно 10^-10 с. Поэтому ячейка Керра служит идеальным световым затвором и применяется в быстропротекающих процессах (звукозапись, воспроиз­водство звука, скоростная фото- и кино­съемка).

Вращение плоскости поляризации можно наблюдать на следующем опыте. Если между скрещенными по­ляризатором Р и анализатором А, дающи­ми темное поле зрения, поместить оптиче­ски активное вещество (например, кювету с раствором сахара), то поле зрения ана­лизатора просветляется. При повороте анализатора на некоторый угол j можно вновь получить темное поле зрения. Угол j и есть угол, на который оптически актив­ное вещество поворачивает плоскость по­ляризации света, прошедшего через поля­ризатор. Так как поворотом анализатора можно получить темное поле зрения, то свет, прошедший через оптически актив­ное вещество, является плоскополяризо­ванным.

угол поворота плоскости поляризации для оптически ак­тивных кристаллов и чистых жидкостей j=ad,

для оптически активных растворовj=[a]Cd

где d — расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе, а ([a]) —так называемое удельное вращение, чис­ленно равное углу поворота плоскости по­ляризации света слоем оптически активно­го вещества единичной толщины, С — массовая концентрация оптически актив­ного вещества в растворе, кг/м³. Оптически активные вещества в за­висимости от направления вращения плоскости поляризации разделяются на право- и левовращающие. В первом слу­чае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, вращается вправо (по часовой стрелке), во втором — влево (против часовой стрелки). Вращение плос­кости поляризации объяснено О. Френелем (1817 г.). Согласно теории Френеля ско­рость распространения света в оптически активных веществах различна для лу­чей, поляризованных по кругу вправо и влево.

Впоследствии М. Фарадеем обнаруже­но вращение плоскости поляризации в оп­тически неактивных телах, возникающее под действием магнитного поля. Это явле­ние получило название эффекта Фарадея.