Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
10,0 20 30 40 50 60 70 80 90 б) Мод
Рис. 52. Направления волновых нормалей, поверхностей равных фаз и равных амплитуд в изотропной гиротропной дихроичной среде (а), среда левовращающая; зависимость циркулярное(tm) отраженного света С от угла падения ф для этого случая (б), С= ^ ^
/- + /+
В большинстве работ, относящихся к ферромагнетикам, рассматривались эффекты, возникающие при намаг-
*) См. также примечание на стр. 151.
156
НЕЛОКАЛЬНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ
[ГЛ. 4
ничивании их, т. е. при возникновении "магнитной ги-ротропии", или "искусственной гиротропии", отличной по свойствам симметрии и обусловленной эффектом Фарадея - изменением тензоров е и ц или 8 в магнитном поле (см., например, [12, *18, 014] и приложение V, ср. § 29). При намагничивании возникает так называемый эффект Керра - эллиптическая поляризация отраженной волны при линейной поляризации падающей (при падении циркулярно-поляризованной волны отраженная поляризована таким же образом). Подробный анализ оптических аспектов "естественной гиротропии" в отсутствие внешнего поля для ферромагнетиков не проведен.
В металлическом ферромагнетике, благодаря наличию проводимости и циркулярного магнитного дихроизма, явления сложнее; общие формулы для отражения в функции ф отсутствуют.
В работе [19] подробно проанализирован ход отражения от магнитоэлектрической среды (см. приложение V). Автор этой работы принял в формулах (П42) - (П43) tj = 1, причем rj2<Ce|u. Подобное упрощение, видимо, не вполне позволительно, но ошибка при этом мала.
При падении света, поляризованного линейно, отраженный поляризован тоже линейно. При нормальном падении плоскость поляризации при отражении должна
/X
поворачиваться; в отраженном луче угол ЕН немного отличается от прямого (для Сг203, где ri~4-104,
ЕН~я/2+1').
При наклонном падении плоскость поляризации тоже поворачивается, особенно сильно при фбр; компонента ?,1 отражается и при фвр. Экспериментальных подтверждений пока нет.
В работе [20] произведен расчет энергетических коэффициентов отражения для отражения от магнитоэлектрической среды в предположении (как ив [19]),что г) = ? и что 8 и ^ - скаляры (приложение V), а
Цхх 0 0
0 Ъу 0
0 0 Щгг
5 18]
ОТРАЖЕНИЕ ОТ СРЕД С ДИСПЕРСИЕЙ
157
Возникает двойное лучепреломление; при падении волны ТМ в отраженном свете имеется еще ТЕ-компо-нента, и наоборот. Вычислены величины суммарных коэффициентов:
Ятм = Янн + Яне, падает ТМ-волна,
Яте'= Яее + Reh, падает ТЕ-волна,
где Янн- коэффициент отражения ТМ-компоненты, а Яне - коэффициент другой, возникающей, компоненты (ТЕ); эта последняя при некоторых углах падения может стать больше первой. Соответственно Яее - коэффициент отражения ТЕ-компоненты, а Яен - коэффициент возникающей здесь ТМ-компоненты.
Характер отражения существенно зависит от анизотропии параметра т]. Примеры результатов расчета [20] даны на рис. 53.
Оценки порядка величин показывают, что для получения значительных эффектов величина т] должна быть больше, чем в обычных известных магнитоэлектрических средах, примерно на 2 порядка.
Весьма интересен результат теории для особого класса веществ - холестерических жидких кристаллов,. которые представляют довольно протяженные цепочки молекул, изогнутые по цилиндрической спирали; вследствие этого они гиротропны. Вращение плоскости поляризации здесь на 2-4 порядка больше, чем в обычно встречающихся веществах, например, в обычных кристаллах и в растворе (молекулы активны).
Подробный анализ картины отражения света для подобных веществ, исходящий из модельных представлений о молекуле-спирали с шагом h, проведен в работе [21] для произвольного угла падения и в работе [22] - для нормального падения. Выводы в общем совпадают с изложенными выше, полученными из макроскопических расчетов для общего случая - отражение правых и левых волн различно, имеет место почти полное отражение одной из них вблизи резонанса, и т. д.
При данной конкретной модели ход явлений сильно зависит от соотношения h и Я. При некоторых условиях могут возникать своеобразные стоячие волны. Экспериментальных сведений относительно отражения нет, но
158
нелокальные и нелинейные эффекты
[ГЛ. 4
этот объект, вероятно, удобен для проверки предсказываемых теорией явлений (ср. стр. 126).
Я
1.0
0,9
ОМ
0,7
0,6
0,5
ОЛ
0,5
о,г 0,1
о
_____ дНГ
-11-05 --tl=0.7
(irJT %ш~ tfzzl
! 'У
Jbf
/
ё-
10 го 50 40 50 60 70 .. . , а) " ср,град
Чт1у-=Ш7)
' 0,20 0,18 0.16 0,74
т 0,10 0,08 0,06 ом 0,02
- -Щ . -4-Ъ' ' 1 \ N 1
1 , , V
ЦОЮ
0007
Д005
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 5! Р>'
^ии'^ис 1,0 Г
/О 20 30 W 50 60 70 80 00 в, ср.град
'П(
.•г-4- --......
О 10 20 30 40 50 60 70 80 00, SJ
Рис. 53. Коэффициенты отражения от магнитоэлектрической среды ^нни^не при Г] = |.
а) Для изотропной среды и значений г), указанных на рисунке (общий вид):
б) то же, область малых значений Л; е) для анизотропной по т], но изотропной по е среды, приП =0, г\ = 0, п Ф 0; г) при т) =0, 11 #0, г) =0.
хх УУ zz хх УУ zz
Отражение от холестерических жидких кристаллов рассчитывалось также в работе [44] гл. 3, однако не вполне ясно, насколько там учтена гиротропия.
