МАГНИТНОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ
План:
Введение
1. Искусственное двойное лучепреломление
2. Вращение плоскости поляризации
3. Направление вращения плоскости поляризации
Заключение
Список литературы
Введение
Некоторые вещества, оптически неактивные в обычных условиях, обладают способностью вращать плоскость поляризации во внешнем продольном магнитном поле (эффект Фарадея). Вращение плоскости поляризации света, проходящего через вещество, помещенное во внешнее магнитное поле, имеет большое принципиальное значение. Именно благодаря открытию этого явления впервые удалось установить тесную связь между оптическими и электромагнитными явлениями. Кроме того, это явление получило распространение как эффективный метод диагностики плазмы. Оно используется для измерения сильных импульсных магнитных полей, для определения концентрации электронов в плазме и т. д. Принципиальная схема опыта Фарадея изображена на рис. 1. Между скрещенными поляризаторами 1 и 3 вводится оптически неактивное вещество, помещенное внутри катушки 2 с большим количеством витков. При включении электрического тока внутри катушки возникает продольное магнитное поле. Свет от внешнего источника проходит через скрещенные поляризаторы.
1. Искусственное двойное лучепреломление
В прозрачных аморфных телах - естественных анизотропных средах, а также в кристаллах кубической системы может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий: механических деформациях тел, электрического поля (эффект Керра), магнитного поля (явление Коттон-Мутона). Под действием указанных воздействий анизотропное вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением деформации, напряженности электрического или магнитного полей соответственно. Возникающая при этом оптическая анизотропия характеризуется разностью показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении перпендикулярном оптической оси. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна механическому напряжению в данной точке тела:
n0 – ne = k1 , (1)
где k1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества.
Для наблюдения эффекта поместим стеклянную, пластинку Q между скрещенными поляризаторами Р1 и Р2. (рис.1). Пока стекло не
P1 Q P2
F
Рис.1.
деформировано, такая система света не пропускает. При сжатии пластинки, свет через систему начнет проходить, причем интенсивность прошедшего света зависит от разности n0 – ne, а значит, и от . Наблюдаемая в прошедших лучах интерференционная картина, возникающая при наложении обыкновенного и необыкновенного лучей, оказывается испещренной цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформированным местам пластинки, одинаковым . Следовательно, по расположению полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки. На этом основан метод исследования напряжений: изготовленная из прозрачного изотропного материала модель какой-либо детали или конструкции помещается между скрещенными поляризаторами и подвергается действию нагрузок, подобных тем, какие будут испытывать реальная деталь или конструкция. Анализ интерференционной картины позволяет определить распределение напряжений и судить об их величине.
Возникающее под воздействием электрического поля двойное лучепреломление в жидкостях и в аморфных твердых телах было обнаружено английским физиком Д. Керром в 1875г. и получило название эффекта Керра. В 1930г. эффект Керра был обнаружен и в газах.
На рис.2 представлена схема установки для исследования эффекта Керра в жидкостях. Установка состоит из ячейки Керра - герметичного сосуда с жидкостью, в которую введены пластины конденсатора, помещенной между скрещенными поляризаторами Р и Р'. При подаче на пластины напряжения между ними возникает практически однородное электрическое поле, а жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной параллельно вектору напряженности Е.
Возникающая разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей
n0 – ne = k2 E2 , (2)
где k2 – коэффициент, характеризующий вещество.
На пути l, равном длине пластин, между обыкновенным и необыкновенным лучами возникает оптическая разность хода
= (n0 – ne )l = k2 lE2
или разность фаз
= (0)2 = 2k2 lE2/0. (3)
Это выражение принято записывать в виде
= 2Вl Е2, (4)
где В = к2 /λ0 -характерная для вещества величина, называется постоянной Керра.
Из известных жидкостей наибольшей постоянной Керра обладает нитробензол. Постоянная Керра В зависит от температуры вещества Т и длины волны оптического излучения .
Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. В отсутствии электрического поля молекулы ориентированы хаотическим образом, поэтому жидкость не обнаруживает анизотропии. Под действием поля молекулы, обладающие дипольным моментом (полярные молекулы), приобретают преимущественную ориентацию по полю, а неполярные молекулы – в направлении наибольшей поляризуемости. В результате жидкость становится оптически анизотропной. Ориентирующему действию поля препятствует тепловое движение молекул, поэтому постоянная Керра уменьшается с повышением температуры Т.
Время, в течение которого устанавливается при включении электрического поля и исчезает при выключении его оптическая анизотропия, составляет около 10-10 с. Поэтому ячейка Керра, помещенная между скрещенными поляризаторами, может служить практически безынерционным световым затвором и применяется в лазерной технике для управления режимом работы лазеров, для исследования быстро протекающих оптических процессов. Модуляция света с помощью ячейки Керра достигает частоты до 109 Гц.
Аналогом эффекта Керра является эффект Коттона-Мутона - оптическая анизотропия, возникающая под действием магнитного поля. Если молекулы вещества анизотропны и обладают магнитными моментами, то они могут преимущественно ориентироваться в постоянном магнитном поле, что приводит к возникновению анизотропии и связанному с ней двойному лучепреломлению. Вещество в этом случае подобно одноосному кристаллу с оптической осью, параллельной вектору индукции магнитного поля В. Схема установки по наблюдению двойного лучепреломления в эффекте Коттона-Мутона подобна, как и для эффекта Керра. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей описывается соотношением
n0 – ne = k3 В2, (5)
где k3 – коэффициент, характеризующий вещество.
Возникновение оптической анизотропии возможно и при воздействии на вещество мощного лазерного поляризованного излучения. Электрическое поле световой волны поляризует атомы или молекулы вещества, вызывая тем самым его оптическую анизотропию.
Do'stlaringiz bilan baham: |