Естественная и искусственная оптическая анизотропия

Одним из наиболее совершенных поляризационных приборов для видимого света является призма Николя (рис. 7.12). Для ее изготовления кристалл исландского шпата немного сошлифовыва- ют (чтобы получить нужный угол падения входящего луча) и разрезают по плоскости, содержащей оптическую ось. Разрезанные части . склеивают специальным прозрачным веществом (канадским бальзамом), имеющим показатель преломления n6, лежащий между n0 и ne:

Рис. 7.12

Входящий в призму луч раздваивается и встречает слой бальзама под разными углами. При этом для обыкновенного луча e возникает полное отражение, а необыкновенный луч е проходит сквозь призму почти параллельно входящему лучу, что очень удобно в практическом отношении. Так как канадский бальзам мало прозрачен для ультрафиолетовых лучей, то для работы в ультрафиолетовой части спектра применяются другие приспособления, работающие на том же принципе.

Оптическая анизотропия естественных кристаллов есть результат анизотропного расположения частиц, образующих кристалл. Но она может создаваться и искусственно при деформации однородных и изотропных сред. Так, при сжатии тело остается изотропным в плоскости, перпендикулярной направлению сжимающей силы, но его свойства могут меняться в направлении силы. При этом возникает двойное преломление. Заменив в схеме рисунка 7.11 двоякопреломляющую пластинку прозрачным деформируемым телом, можно видеть, как при создании его деформации изображение становится цветным (при освещении белым светом) или неравномерно освещенным (при монохроматическом свете); при вращении анализатора или поляризатора наблюдаются явления, описанные в § 7.5. Так как степень анизотропии зависит от степени деформации, то по виду интерференционной картины можно судить о распределении деформаций, что имеет практическое значение: при проектировании деталей сложной формы на прозрачной модели изучают распределение деформаций, трудно поддающееся прямому расчету. Анизотропия часто может быть обнаружена по поляризационным эффектам.

Наконец, можно создать искусственную анизотропию, помещая изотропное тело в электрическое или магнитное поле. Первый эффект был открыт Керром (в жидкостях); позже его обнаружили и в твердых телах. Заменяя в схеме рисунка 7.11 двоякопреломляющую пластинку кюветой с нитробензолом, содержащей также небольшой плоский конденсатор (между его пластинами проходит луч света), и подавая на конденсатор напряжение, можно заметить при скрещенных поляризаторе и анализаторе просветление поля зрения.

Пространственного разделения лучей при этом не происходит. Следовательно, направление распространения светового пучка можно уподобить направлению, перпендикулярному оптической оси одноосного кристалла. Проходящий через кювету свет оказывается эллиптически поляризованным. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей пропорциональна квадрату напряженности электрического поля:

(λ — длина волны проходящего света), что позволяет использовать конденсатор Керра при переменных электрических полях.

Явление Керра объяснил Ланжевен: в сильном электрическом поле молекулярные диполи ориентируются вдоль поля, что и создает асимметрию в оптических свойствах жидкости. Очевидно, при росте температуры эффект должен ослабляться, что и наблюдается вдействительности.

Постоянная Керра К сильно зависит от температуры. При комнатной температуре у нитробензола (где эффект выражен относительно сильно) она составляет K≈10-12 м-1 x B-2. При этом заметный эффект получается при легко достижимых напряженности электрического поляE=U/h, где (U — разность потенциалов, h — расстояние между пластинами конденсатора. Практическая ценность этого эффекта заключается в его ничтожной инерционности (период изменения поля не превышает 10-9 с). Поэтому конденсатор Керра может быть использован для модуляции светового пучка.

Подобный же эффект обнаружен и при помещении некоторых веществ в магнитное поле; для его наблюдения требуются весьма значительные поля, что затрудняет изучение и практическое использование этого эффекта.