Лекции по физике

• Для монохроматического света, распространяющегося в веществе в направлении, перпендикулярном вектору напряженности электрического поля разность показателей преломления необыкновенного и обыкновенного лучей

ne − no	2
	= nkE ,	(8)

где n – показатель преломления вещества в отсутствие поля, k – постоянная Керра, Е – напряженность электрического поля. Часто постоянной Керра называют величину В = nk/λ (здесь λ – длина световой волны в вакууме). Величина постоянной Керра зависит от агрегатного состояния вещества, структуры его молекул и температуры.

121

• Из жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробензол (C6H5NO). При t = 20ºC и для λ = 589 нм

В= 2,4·10-12 м/В2. Из газов – цианистый водород (НСN). У этого вещества при t = 20ºC и для λ = 546 нм постоянная

В= 1,9·10-12 м/В2.

•Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. В отсутствие поля дипольные моменты молекул ориентированы хаотично и в целом вещество не обнаруживает анизотропии.

•Под действием поля дипольные моменты молекул ориентируются вдоль поля (если молекулы полярны – это ориентационный эффект Керра) или же поле индуцирует дипольный момент в молекулах( если они неполярные –

это поляризационный эффект Керра).	122

•В результате этого показатели преломления (и, следовательно, скорости распространения в веществе световых волн, поляризованных вдоль и поперёк поля) становятся различными и возникает двойное лучепреломление.

•Время, в течение которого устанавливается (при включении поля) или исчезает (при выключении поля) двойное лучепреломление составляет 10-9 ÷ 10-13 с.

•Ячейка Керра может быть использована в качестве быстродействующего безинерционного затвора света, который управляется потенциалом одного из электродов конденсатора, помещенного в ячейку или же в качестве модулятора светового потока в случае переменных

электрических полей.	123

5.Интерференция поляризованного света

•При наложении двух когерентных световых волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях, никакой интерференционной картины с максимумами и минимумами интенсивности получиться не может.

•Интерференция возникает лишь в том случае, если колебания во взаимодействующих световых волнах происходят вдоль одного и того направления.

• Колебания вектора			в двух лучах, первоначально
		E
поляризованных	во		взаимно	перпендикулярных

направлениях можно свести в одну плоскость, пропустив эти лучи через поляризатор, установленный так, чтобы его плоскость главного сечения не совпадала с плоскостью колебаний ни одного из поляризованных лучей. 124

Рис. 12

Рис. 13

= (no − ne )d

•Пусть на пластинку, вырезанную параллельно оптической оси, падает нормально естественный свет. При выходе из пластинки обыкновенный и необыкновенный лучи, не разделяясь, распространяются с различной скоростью.

•За время прохождения светом пластинки между лучами о и е возникает разность хода

или разность фаз

	δ =	2π	(no − ne )d	(9)
		λ
				125

•Здесь d – толщина пластинки, λ –длина волны в вакууме.

•Поставим на пути лучей о и е анализатор, как показано на рисунке. После прохождения через поляризатор колебания обоих лучей будут лежать в одной плоскости.

•Казалось бы, что теперь лучи 1(е) и 2(о) должны интерферировать. Однако интерференции нет.

•Объяснение здесь простое. Хотя о и е – лучи порождены одним и тем же источником света , они содержат колебания принадлежащие разным цугам волн. Эти цуги некогерентны, а значит и возникающие из естественного

света о и е – лучи также некогерентны.

126

•Напротив, если на кристаллическую пластинку падает линейнополяризованный свет, то в этом случае колебания каждого цуга делятся между о и е – лучами. Эти лучи оказываются теперь когерентными, а значит интерферируют.

•Интенсивность света на выходе при скрещенных поляризаторе и анализаторе

Ia = 0,5I0 sin2 2φsin2 δ / 2	(10)

Рис. 14. Схема интерференции поляризованных лучей127

5.Вращение плоскости поляризации

•В 1811 г. Араго обнаружил, что при прохождении линейно поляризованного светасквозь кристалл кварца вдоль его оптической оси плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча.

•Оказалось, что это явление характерно и для ряда других веществ. Их назвали оптически активными.

•Оптически активны не только двоякопреломляющие кристаллы, но инекоторые изотропные кристаллы, а также чистые жидкости и растворы (кварц, киноварь, скипидар, никотин, растворы сахара, глюкозы и т.д.).

128

•Оптическая активность определяется как строением самих молекул вещества, так и расположением частиц в кристаллической решетке.

•Есть право- и левовращающие кристаллы (по- и против часовой стрелки для наблюдателя навстречу лучу).

•В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол φ поволота плоскости поляризации света пропорционален толщине l слоя вещества, пройденного

светом	φ = α l.	(11)

• Коэффициент α, численно равный углу поворота плоскости поляризации слоем оптически активного вещества единичной толщины, называют удельным вращением. 129

•Удельное вращение зависит от природы вещества, температуры и длины световой волны.

•Для лево- и правовращающих модификаций одного и того же вещества α отличается только знаком.

•В растворах:

φ = α Cl,	(12)

•где С – объёмно-весовая концентрация оптически активного вещества в растворе (кг/м3).

•Коэффициент α, зависящий от природы оптически активного вещества и растворителя, температуры раствора и длины световой волны, называется удельным

вращением раствора.

130