Искусственная оптическая анизотропия

1. Оптическая анизотропия при механичес­ких деформациях тел. Возникает в прозрачных аморфных телах, а также в кристаллах кубической системы. Мерой возникающей оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и не­обыкновенного лучей. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна напряжению σв данной точке тела

(k — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств ве­щества) .

Поместим стеклянную пластинку Q между скрещенными поляри­заторами Р и Р' (Рис. 8-16).

Рис. 8-16

Пока стекло не деформировано, такая система света не пропускает.

Если пластинку сжа­ть, то свет через систему начинает проходить, причем наблюдаемая в прошедших лучах картина оказывается испещренной цветными полосами. Каждая такая полоса соответствует одинаково деформи­рованным местам пластинки («изохрома»).

Следовательно, по расположению полос можно судить о распределении напряжений внутри пластинки. На этом основывается оптический метод исследования напряжений. Изготовленная из прозрачного изотропного материала (например, из плексигласа) модель какой-либо детали или конструкции поме­щается между скрещенными поляризаторами. Модель подвергается действию нагрузок, подобных тем, какие будет испытывать само изделие. Наблюдаемая при этом в проходящем белом свете картина позволяет определить распределение напряжений, а также судить об их величине.

2. Возникновение двойного лучепреломления под действием электрического поля(эффект Керра).

Это явление наблюдается в жидкостях и в аморфных твердых телах.

Рис.8-17

Под действием поля жидкость приобретает свойства одноосного кристалла с оптической осью, ориентированной вдоль поля.

Возникающая разность показателей преломления п₀ и п_е про­порциональна квадрату напряженности поля Е:

Δ= n₀ - n_e = kE² (8-3)

На пути lмежду обыкновенным и необыкновенным лучами возни­кает разность фаз

где В - характерная для вещества величина, называемая постоянной Керра.

Из известных жидкостей наибольшей постоянной Керра обла­дает нитробензол. Постоянная Керра зависит от темпе­ратуры вещества и от длины волны света.

Эффект Керра объясняется различной поляризуемостью молекул по разным направлениям. В отсутствие поля молекулы ориенти­рованы хаотическим образом, поэтому жидкость в целом не обнаруживает анизотропии.

Под действием поля молекулы поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные электрические моменты (у полярных молекул), либо на­правления наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В результате жидкость становится оптически анизотропной.

Ориен­тирующему действию поля мешает тепловое движение молекул. Этим обусловливается уменьшение постоянной Керра с повышением температуры.

Время, в течение которого устанавливается (при включении поля) или исчезает (при выключении поля) преимущественная ори­ентация молекул, составляет около 10^-10 с. Поэтому ячейка Керра, помещенная между скрещенными поляризаторами, может служить практически безынерционным световым затвором.

Принцип действия затвора:

При E=0 ячейка изотропна (δ=0) и свет сквозь анализатор не проходит. По мере увеличения E интенсивность света, прохо­дящего через анализатор, увеличивается и достигает максимума при значении ,соответствующем δ=π.