Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
было электрооптические явления? Элементарные расчеты, а также
экспериментальные факты говорят о том, что в центросимметричных
кристаллах наблюдается так называемый квадратичный электрооптический
эффект, связанный с членами, квадратично зависящими от приложенного
электрического поля. Этот эффект впервые был обнаружен Керром в 1875 г.
Его называют поэтому эффектом Керра.
Изменение показателя преломления в этом случае может быть вычислено таким
же способом, как для линейного электрооптиче-ского эффекта, с той лишь
разницей, что в этом случае в возвращающую силу будут входить члены,
пропорциональные первой и третьей степеням смещения электрона из
положения равновесия, т. е.
N, -+1 + . 1Г Иг ч, 1
У ¦=}=¦ 1 Г 41
Рис. 12 3
в уравнение (12 10) будет входить член вместо члена Такая замена приведет
к изменению резонансной частоты, а следовательно, и к соответствующему
изменению показателя преломления, пропорционального теперь уже не первой
степени, а квадрату напряженности приложенного поля.
Наблюдение эффекта Керра. Не приводя вывода, аналогичного выводу в случае
эффекта Поккельса, обратим внимание на описание эффекта Керра. Схема
опыта для обнаружения эффекта Керра аналогична схеме, данной на рис.
12.1. Единственное отличие заключается в том, что образец (изотропное
твердое тело, жидкость или газ в кювете) в этом случае помещается между
обкладками плоского конденсатора (рис. 12.3). В качестве образца
желательно выбрать вещество, в котором эффект Керра довольно велик,
например нитробензол.
В отсутствие зарядов на обкладках конденсатора из-за скрещен-ности
николей и N2 свет не проходит через систему. Включение внешнего
электрического поля * (зарядка конденсатора) вызывает
* В связи с появлением мощных лазерных источников света аналогичное
действие может оказать также световое поле Подобный эффект
экспериментально был обнаружен еще в 1964 г и носит название оптического
эффекта Керра.
10 Годжаев Н М.
289
эффект Керра, причем образец ведет себя подобно одноосному кристаллу с
оптической осью, направленной вдоль внешнего электрического поля.
Как показали опытные данные, оптическая анизотропия в этом случае прямо
пропорциональна квадрату напряженности приложенного поля:
пе - п0 = ЬЕ2, (12.15)
где b - коэффициент пропорциональности.
Из-за квадратичной зависимости пе - п0 от Е двойное лучепреломление в
электрическом поле не зависит от направления поля.
Обозначив длину п^ти луча внутри образца через I, можно
определить разность фаз между обыкновенным и необыкновенным
лучами:
дф = (пе - п0) I = у-ЫЕ* = 2лВ1Е\ (12.161
где В = Ь/Я - так называемый коэффициент Керра.
Коэффициент Керра. Коэффициент Керра для разных образцов может быть
положительным или отрицательным. Для данного об разца коэффициент Керра
не является постоянной величиной, а зависит от температуры и длины волн.
Коэффициент Керра для газов меньше, чем для жидкостей. Это видно из табл.
6 ои 7, в которых представлены данные при длине волны Я = 5460 А.
Теория эффекта Керра была предложена для неполярных веществ (газов,
жидкостей) Ланжевеном (1910 г.), для полярных веществ - Борном (1916 г.).
Таблица 6 Таблица 7
Жидкости Коэффициент Керра (в СГСЕ)
Нитробензол . . 2 • 10~5
Хлорбензол . . 10-10-г
Вода 5•10-г
Бензол 0,5- ю-г
Газы Коэффициент Керра (в СГСЕ)
Пар фнда карбосуль- 3,6- 10~10
Пар нитробензола 2,7 - 10-м
Азот 0,4- 10"10
- -
Согласно Ланжевену, коэффициент Керра для неполярных газов и жидкостей
является положительной величиной. Как показал Борн, для полярных газов и
жидкостей В может принимать значения отрицательные, нулевые и
положительные. Величина В зависит
290
как от значения собственного дипольного момента, так и от структуры
жидкости. Например, коэффициент Керра для метилбромида в сотни раз
больше, чем для метилового спирта, в то время как их дипольные моменты и
коэффициенты поляризации почти совпадают.
Уменьшение В с ростом температуры объясняется дезориентирующим
воздействием температуры на дипольные моменты.
Некоторые особенности эффекта Керра в жидкости. Следует остановиться на
особенности эффекта Керра в жидкостях. При включении внешнего
электрического поля искусственная анизотропия жидкости не исчезает
мгновенно. Требуется определенное время, так называемое время релаксации,
зависящее от структуры данной жидкости, для того, чтобы анизотропная
жидкость снова перешла в изотропное состояние, т. е, повернутые диполи
под
действием теплового движения дезориентировались. Малое значение времени
релаксации т~ Ю"8-Ю-9 с позволяет использовать эффект Керра при
конструировании малоинерционных устройств. Это свойство так называемой
ячейки Керра можно продемонстрировать на схеме, представленной на рис.
12.4.
Источник света (конденсированная искра) и конденсатор питаются
одновременно от одного источника. При определенном для данного источника
света значении напряжения между электродами происходит разрядка
конденсатора. В зависимости от расположения зеркал 3L и 32 можно выбрать
