Физика молекул - Леше А.
Скачать (прямая ссылка):
Лр1\
'P
~т
©
Рис. 3.22. Электрооптический эффект Керра. Направление главных коэффициентов преломления относительно приложенного поля и плоскости поляризации света Р.
Рис. 3.23. Схема компенсатора Солей-ля. Штрихи и точки показывают расположение оптических осей кристалла кварца; угол клина показан сильно увеличенным.
(рис. 3.22). Обе комгоненты, параллельная и перпендикулярная внешнему полю, распространяются с различной фазовой скоростью и, пройдя путь I, приобретает разность хода, равную
¦ I
(3.79)
Луч, выходящий из измерительной ячейки, эллиптически поляризован.
Рис. 3.24. Установка для измерения злектрооптическогс эффекта Керра.
1 — источник света; 2 — конденсорная линза; 3 — диафрагма; 4 — поляризатор; 5 — ячейка Керра; 6 — компенсатор; 7 — анализатор; 8 — телескопический окуляр.
7 2 3 4
7 8
Эту разность хода измеряют, сводя ее к нулю с помощью оптического компенсатора. Он представляет собой кристалл с двойным лучепреломлением, например кварц, рабочую толщину которого можно изменять с помощью подвижного клина (рис. 3.23). Измерительная схема (рис. 3.24) типична для всех измерений двойного лучепреломления. С помощью полупрозрачных пластин и т. п. измеряют разности хода лучей до IO"6.
В 1875 г. Керр наблюдал в жидкостях (позднее обнаруженное и в газах) двойное лучепреломление, вызванное электрическим полем Е, так называемый электрооптический эффект Керра. Экспериментально найдено, что изменение знака E на обратный не влияет на эффект, а сдвиг фазы зависит от квадрата напряженности поля:
Д I = B-I-E2, (3.80)
где В — постоянная Керра. Она может быть как положительной (пр > Hs), так и отрицательной (пр <ns). В табл. 3.7 приведены некоторые экспериментально полученные значения в единицах СГС (E — в единицах СГСЭ) и в единицах СИ. Видно, что в (жидком) нитробензоле при ! = 1 см и E = 30000 В/см относительная разность хода лучей достигает 0,35.
Таблица 3.7. Постоянная Керра
Пары веществ (измерения на длине волны 5893 нм при 1,01-IO5 Па)
Т. °С B0. ед. СГС В, см/В2
CS2 106,7 2,60- IO"10 2,89- IO-15
C6H6 (бензол) 105,1 0,98- IO-10 1.09- IO-15
C6H5NO2 235 24,8-10-10 27,6- 10“15
Жидкости
Я, нм Т, °С в", ед. СГС В, см/в2
CS2 578,0 17 3,358- IO-7 3,73 • 10“‘2
C6H6 546,1 15 0,407- IO-7 0,452- 10~1г
C6H5NO2 546,1 6 348 • IO"7 386,7- 10“12
В экспериментальной установке, показанной на рис. 3.24, но без компенсатора приложение электрического поля должно вызвать просветление. Это открывает возможность использовать эффект Керра для электрического регулирования интенсивности света. В 30-е годы это было использовано Каролусом для создания (сегодня более не используемой) телевизионной системы. Однако и в наше время эффект Керра играет определенную практическую роль, например для модуляции добротности в лазерной технике. Поскольку молекулы успевают менять ориентацию одновременно с электрическим полем вплоть до микровол-
69
новой области частот, эффект Керра позволяет осуществлять высокочастотную модуляцию света.
Молекулы, обладающие магнитной анизотропией, ориентируются определенным образом в магнитном поле, что вызывает магнитное двойное лучепреломление. Это явление по именам открывших его ученых носит название эффекта Коттона — Мутона. При этом аналогично случаю электрического поля получается разность хода лучей
Д* = С-/-Я2. (3.81)
Обычно способность молекул приобретать определенную ориентацию в магнитных полях значительно слабее, чем в электрических, поэтому при достигнутых на сегодняшний день значениях напряженности магнитного поля (порядка 2 Тл) рассматриваемые эффекты лежат вблизи предела разрешающей способности измерительных систем. Так, например, в системе СГС постоянная Коттона — Мутона для нитробензола С равна 25,3-IO13 ед. СГС, т. е. при 2-Ю4 Гс получаем ДXfX0 ж IO-3. В коллоидных растворах, например оксидов железа, магнитное двойное лучепреломление сильнее. Это специфическое явление, впервые обнаруженное в 1902 г., носит название эффекта Майорана. При затвердевании раствора ориентация в нем сохранится. Таким образом изготавливают фольги, обладающие двойным лучепреломлением, в которых в большинстве случаев наблюдается и дихроизм (зависимость коэффициента поглощения от направления поляризации света).
Рис. 3.25. Схема прибора Куэтта. Внешняя стенка сосуда вращается относительно внутренней и создает при этом градиент скорости.
1 — неподвижный цилиндр; 2 — смотровое окно.
Можно придать определенную ориентацию молекулам, осо бенно удлиненным, за счет механического усилия. Различают двойное лучепреломление в потоке и акустическое двойное лучепреломление. Первое проявляется в потоке с градиентом скорости, который создается при помощи прибора Куэтта (рис. 3.25). Вокруг неподвижного цилиндра вращается второй цилиндр; между ними находится исследуемое вещество. При этом молекулы вещества приобретают ориентацию под углом к градиенту скорости. Этот метод прежде всего пригоден для макромолекул.
В акустическом двойном лучепреломлении необходимо различать два совершенно различных механизма. Во-первых, при движеиии волны в направлении ее распространения создается
