Efectul Kerr. Anizotropie optică artificială

Efectul Kerr este o combinație de treifenomene. Mai mult, primul și al treilea fenomen au fost descoperite în 1875 de J. Kerr. Acesta este așa-numitul efect electro-optic. În 1876, același om de știință a descoperit efectul magneto-optic. Ca urmare, a fost identificat un efect care a devenit similar cu cel electro-optic. S-a comportat aproape la fel în câmpuri optice puternice. Au început să o numească optică.

clasificare

Efectul Kerr este împărțit în două tipuri:

• magneto-optic;
• lumina-optic.

Să luăm în considerare fiecare dintre ele mai detaliat.

Efect electro-optic

Orice izotrop (gaz, lichid sau sticlă)optic, mediul, care a fost plasat anterior în zona câmpului electric, este transformat într-un mediu anizotrop cu proprietățile unui cristal uniaxial. Merită să luați în considerare caracteristicile. Axa optică a unui astfel de cristal are o direcție longitudinală. Cu alte cuvinte, este situat de-a lungul câmpului electric.

Pentru a detecta efectul Kerr,este necesar să treceți un flux de lumină monocromatică printr-un polarizator (de exemplu, poate fi o prismă Nicolas). Apoi direcționați-l către zona unui condensator plat umplut cu o substanță izotropă.

Funcția unui polarizator este de a converti lumina polarizată natural într-un fascicul, dar într-o manieră liniară.

Ce se întâmplă dacă se schimbă condițiile?Dacă la condensator nu este conectată nicio tensiune, atunci, în consecință, polarizarea fasciculului de lumină rămâne aceeași, iar fluxul de lumină în sine este atenuat în a doua prismă Nicolas. Contează și locația elementelor. Prisma Nicolas este desfășurată în unghi drept față de prima, adică sunt perpendiculare între ele. Se ia în considerare indicele de refracție.

Dacă tensiunea este conectată, atunci trecutulprocesul de polarizare liniară, unda luminoasă este împărțită, la rândul său, în două componente. Ele se dovedesc a fi polarizate de o undă extraordinară orientată longitudinal. În acest caz, ambele părți sunt la un unghi de 90^despre la un val obișnuit, dar se deplasează cu viteze diferite.

Aceasta asigură diferența de fază între oscilatoriimișcări ale valurilor, atât obișnuite, cât și extraordinare. Prin urmare, fluxul de lumină total (rezultat) trece parțial prin aparatul de analiză. Devine polarizat, eliptic.

Ce se va întâmpla dacă în intervalul dintre rândplasat de dispozitivul de analiză și celula Kerr instalată, plasați un compensator? De asemenea, este posibil să se obțină efectul de stingere completă a fluxului luminos prin acțiunea analizorului. Acest lucru se întâmplă ca urmare a convertirii compensatorului luminii polarizate eliptice într-o undă polarizată liniar. Ce este anizotropia optică artificială? Vom vorbi mai departe despre asta.

Explicația acestei proprietăți

A fost propus pentru prima dată în 1910 de Langevin șiapoi în 1918 de către Born. Cu toate acestea, studiile au fost independente unele de altele. Părerea lor este că, prin eforturile sale, câmpul electric încearcă să rotească molecule mici de substanțe în așa fel încât momentele lor de direcție (electrice și dipol) să devină orientate de-a lungul direcției câmpului electric E. În plus, fiind în cadrul câmp electric, momentele moleculelor nu numai că fac rotații în direcția lor, dar în ele apar simultan momente dipol suplimentare. De exemplu, în absența unui astfel de câmp electric, moleculele de gaz nu le conțin.

Cum afectează indicele de refracție acest lucru?

Ca rezultat, se formează fluxuri de raze de lumină direcționate diferit (de-a lungul și transversale).

Trebuie remarcat faptul că, odată cu creșterea temperaturii, procesul de schimbare a direcției încetinește, deoarece a fost dezvăluită influența interferentă a mișcării termice asupra orientării atomilor și moleculelor.

Prin urmare, prin măsurarea constantă a valorilor cantităților utilizate, se poate stabili polarizarea elipsoidală a opticii. De asemenea, face posibilă identificarea componentelor structurale ale acestor molecule și particule atomice.

În plus, efectul Kerr va depinde și dealti indicatori. În primul rând, aceasta este viteza de reorientare a particulelor moleculare și atomice. Se știe că un astfel de indicator al unui lichid cu greutate moleculară mică are o valoare numerică destul de mare. Acesta este efectul electro-optic pătratic.

Efect magnetico-optic

Efectul magnetic-optic esteuna dintre principalele proprietăți ale magnetoopticii. Cu alte cuvinte, reflectă rezultatul acțiunii unui mediu magnetizat asupra unor proprietăți ale unui fascicul de lumină precum gradul de intensitate și capacitatea sa de polarizare. În acest caz, lumina trebuie reflectată de pe întreaga suprafață a mediului.

Acest efect a fost descris de Kerr în 1876 într-un experiment folosind lumina reflectată de la suprafața unui magnet lustruit anterior.

Care este esența lui?Constă în faptul că un fascicul de lumină polarizat orientat în plan de la suprafața unui feromagnet, magnetizat anterior, este transformat într-unul polarizat, dar sub forma unei elipse.

Ce se întâmplă? În același timp, cea mai mare componentă axială a elipsei polarizate se abate de la planul de polarizare a fasciculului de lumină incidentă cu un anumit unghi.

Semnificația acestei descoperiri și aplicarea ei

De fapt, a fost al treilea descoperit de KerrEfectul magnetic-optic este utilizat pe deplin pentru a studia și studia structurile electronice ale acelor metale și aliaje care au proprietăți feromagnetice. Aceste substanțe sunt capabile să atragă obiecte cu o anumită compoziție. Mai simplu spus, aceștia sunt magneți simpli. Poate fi folosit și pentru a determina baza (domeniul) feromagneților și componentele celui mai superficial strat al unui obiect metalic lustruit.

Relațiile dintre dimensiunile efectului sunt determinateKerr și proprietățile de bază care caracterizează sistemul optic, care au fost în contact strâns cu suprafața magnetică adiacentă a mediului studiat. De exemplu, o creștere a valorii efectului este posibilă atunci când este aplicată pe stratul superior al unui dielectric. În plus, putem realiza și o imagine mai clar definită a studiului.

Legea

Legea lui Kerr arată astfel:

n_e − n_o = Bλ₀E²,

Unde:

λ₀ este lungimea de undă a luminii în vid;

B - constantă Kerr, în funcție de natura substanței, lungimea de undăλ₀ si temperatura.

Pentru majoritatea substanțelor B > 0.

Pe ce se bazează anizotropia optică artificială?

Birefringența poate apărea în mediile anizotrope naturale. Există, totuși, diverse metode de obținere.

Substanțele optic izotrope se transformă în optic anizotrope atunci când sunt expuse la:

• compresie sau tensiune unilaterală (cristale ale sistemului cubic, sticlă etc.);
• câmp electric (efect Kerr, lichid, corp amorf, gaz);
• câmp magnetic (lichid, sticlă, coloid).

În cazurile de mai sus, substanța devine un cristal uniaxial, axa optică începe să coincidă cu deformarea, câmpul electric sau magnetic.