Физика сплошных сред - Лотов К.В.
ISBN 5-93972-111-7
Скачать (прямая ссылка):
коэффициентов отражения на границе), то при их сложении получится свет с
эллиптической поляризацией.
Естественная оптическая активность - явление весьма распространенное
среди органических веществ естественного происхождения. Это связано с не
нашедшим пока объяснения свойством живой природы строить белки только из
левых оптических изомеров аминокислот (термины "левый" и "правый" здесь
условны, так как не всегда соответствуют направлению вращения плоскости
поляризации). Так, 19 из 20 жизненно важных аминокислот оптически
активны. Белки, синтезированные искусственно из правых аминокислот, не
усваиваются организмом. Бактерии подвергают брожению лишь один из
изомеров, не затрагивая другой. Левый никотин в несколько раз ядовитее
правого.
Естественной оптической активностью могут также обладать вещества с
зеркально-асимметричной кристаллической структурой, но простыми
молекулами. Их называют оптически активными веществами второго рода.
1.12. Одноосные кристаллы
Одноосными кристаллами в электродинамике сплошных сред называют среды (не
обязательно обладающие кристаллической структурой), в которых есть только
одно выделенное направление. Это направление (ft) называют оптической
осью.
28
Глава 1
В отсутствие пространственной дисперсии общий вид тензора диэлектрической
проницаемости одноосного кристалла (из соображений тензорной размерности)
такой:
?а/3 ^_1_(^а/3 Т ^|| ^а^/3 Л~ ^ба/37^7* (12.1)
Если среда не является зеркально-изомерной, то п - истинный вектор, а д
не может быть псевдоскаляром. Поэтому при зеркальном отражении среды
вектор п меняет знак, а д и еар не могут изменить знака. Отсюда
заключаем, что в отсутствие зеркальной изомерии д = 0.
Найдем, какие волны могут распространяться в одноосном кристалле без
зеркальной изомерии. Выберем оси так:
z || Й, fee (х, г), п =(0,0,1), к = (к]_,0,Щ). (12.2)
Тогда уравнение (4.5) принимает вид
0
к±к ||
Волну с дисперсионным соотношением и поляризацией
Еу^0, Ё±(к,п) (12.4)
LO
называют обыкновенной электромагнитной волной. На распространение такой
волны наличие оптической оси никак не сказывается.
Волну, электрическое поле которой лежит в плоскости (&,п), называют
необыкновенной волной. Дисперсионное соотношение для нее
с
' Ех '
Е"
Ez V /
= 0. (12.3)
1.12. Одноосные кристаллы или в более компактной форме
к1
е11
?±.'
29
(12.5)
Фазовая скорость {со/к) такой волны зависит от направления вектора к.
Направление групповой скорости, вообще говоря, не совпадает с
направлением волнового вектора:
(ко
дк
1 дсо'
2 со
дк
= 7о\Щ + ё1ик-
(12.6)
Можно также показать, что преломленный необыкновенный луч, вообще говоря,
не лежит в плоскости падения.
круговая поляризация
круговая поляризация
Рис. 3. Эффекты двойного лучепреломления (а) и изменения поляризации (б).
Буквы 'о' и 'н' обозначают обыкновенную и необыкновенную волны.
Наличие в одноосном кристалле двух типов волн с различным направлением
групповой скорости приводит к так называемому двойному лучепреломлению,
т. е. раздвоению световых лучей при прохождении через кристалл (рис.З,
а).
Из-за различия фазовых скоростей двух волн одноосные кристаллы способны
изменять тип поляризации электромагнитной волны. В частности, если набеги
фаз двух волн разли-
30
Глава 1
поляризатор
конденсатор с прозрачным диэлектриком ?-
анализатор
Рис. 4. Действие ячейки Керра. Снизу схематически показана поляризация
света (направление вектора Е).
чаются на 7г/2, то круговая поляризация переходит в линейную и наоборот
(рис. 3,6).
1.13. Эффект Керра
В однородном внешнем электрическом поле {Е$) истинно изотропная среда
приобретает свойства одноосного кристалла. Это явление называется
эффектом Керра (J. Kerr, 1875). Действительно, поле Eq задает в среде
выделенное направление, т. е. оптическую ось. Поскольку Е$ - истинный
вектор, диэлектрическая проницаемость среды с полем принимает вид
?а/з = А(и, -Ед) $а/з + В(и), Ео) ЕоаЕо/з (13.1)
Еп"Епя \ ЕпщЕп
еа, = зд Фщ - (13.2)
?j_=A, ?|| = А + ВЕ$, (13.3)
где А и В - некие функции. В общем случае В ф 0, поэтому
е_1_ ф ?ц, что и соответствует одноосному кристаллу.
На эффекте Керра основано действие ячейки Керра (рис. 4)
- устройства, применяемого в качестве оптического затвора
или модулятора света. Схематически действие такого затвора
1.14. Магнитооптические эффекты
31
показано на рис. 4. Используется способность одноосного кристалла
изменять поляризацию света с линейной на круговую. Поляризационные
фильтры ("поляризатор" и "анализатор") находятся в скрещенном положении,
потому в отсутствие поля в конденсаторе свет через систему не проходит.
При включении поля поляризация меняется на эллиптическую и анализатор
частично пропускает свет.
1.14. Магнитооптические эффекты
Рассмотрим истинно изотропную среду без пространственной дисперсии,
помещенную во внешнее однородное магнитное поле Bq. Внешнее поле задает
выделенное направление, поэтому тензор диэлектрической проницаемости
