Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
Интерпретируем эти результаты с точки зрения квантовых представлений о поглощении света. При поглощении световая волна переводит молекулу (атом) с основного энергетического уровня W0, на возбужденный уровень Wn, увеличивая тем самым запас поглощенной энергии. Способность молекулы поглощать свет в возбужденном состоянии иная, чем в основном. Если в опытах Вавилова коэффициент поглощения оставался одним и тем же при всех интен- ЭФФЕКТ KEPPA
551
¦сивностях, то отсюда следует, что в этих опытах число возбужденных молекул было пренебрежимо мало по сравнению с числом невозбужденных, т. е. было относительно мало среднее время жизни молекулы в возбужденном состоянии. И действительно, для веществ, с которыми имел дело Вавилов в своих опытах, это время не превышало IO"8 с. Можно было бы ожидать, что при больших временах жизни и больших интенсивностях света число молекул в основном состоянии (которые практически только и поглощают свет) уменьшится и закон Бугера перестанет выполняться. Выбрав специально вещества с большими временами жи§ыи в возбужденном состоянии, Вавилов наблюдал уменьшение коэффициента поглощения при увеличении интенсивности света. Это было первым примером, где наблюдалось нарушение принципа суперпозиции в оптике.
После открытия лазеров, сделавших возможным получение •световых волн с напряженностями электрических полей, сравнимыми с внутримолекулярными и внутриатомными, класс подобных •«нелинейных» оптических явлений быстро расширился. Их изучением занимается нелинейная оптика — самостоятельная обширная и быстро развивающаяся наука. Краткое представление об этих явлениях будет дано в последней (XI) главе этого тома.
§ 90. Двойное преломление в электрическом и магнитном полях
1. Электромагнитная природа света и вещества заставляет ожидать, что оптические свойства вещества должны изменяться при его
внесении в электрическое и магнитное поле. Действительно, такие
изменения были обнаружены на опыте. Сначала Фарадей в 1846 г. открыл магнитооптическое явление — вращение плоскости поляризации света в магнитном поле. Затем Kepp (1824—1907) в 1875 г. открыл «электрооптическое явление», названное его именем. В 1877 г.
тот же Kepp нашел, что намагниченное железное зеркало иначе отражает поляризованный свет, чем ненамагниченное. В дальнейшем были открыты и другие электрооптические и магнитооптические- явления.
Электрооптический эффект Керри состоит в том, что многие изотропные тела при введении в постоянное электрическое поле становятся оптически анизотропными. Они начинают вести себя
подобно одноосным двупреломляющим кристаллам, оптическая ось
которых параллельна приложенному электрическому "полю.
Сам Kepp наблюдал это явление сначала на стекле, вводимом в электрическое поле. В этом случае, а также в случае всех других твердых тел оптическая анизотропия может быть вторичным явлением, а именно может возникать в результате механических деформаций, производимых электрическим полем. Однако последующие исследования самого Keppa и других ученых показали, что явление 552
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
---
У ] ч
Ґ І ч
N, 1 Nz ЧО
+
Рис. 308.
к
наблюдается также в жидкостях и даже газах, где механическая анизотропия исключена. Кроме того, «чистый эффект Керра» можно отделить от эффекта, вызванного механическими деформациями, исследуя явление в переменных полях: при внезапном включении или выключении электрического поля механические деформации
возникают и исчезают не сразу,, а с некоторой задержкой, тогда как явление Керра в чистом виде (наблюдаемое в жидкостях и газах) происходит практически безынерционно (см. пункт 5).
Как и всякое двойное преломление, эффект Керра можно обнаружить, помещая между скрещенными николями N1 и N2 плоский конденсатор, заполненный исследуемым веществом (рис. 308, ср. с рис. 278). В отсутствие внешнего электрического поля свет через систему не проходит. При наложении электрического поля возникает двойное преломление, вследствие чего свет по выходе из конденсатора становится поляризованным эллиптически и частично проходит через николь N2, — поле зрения просветляется. Вводя компенсатор К, можно измерить разность фаз между обоими лучами, возникшими при двойном преломлении, и таким образом найти разность пе — п0 между необыкновенным пе и обыкновенным п0 показателями преломления исследуемого вещества в электрическом поле. Ввиду малых значений указанной разности ее измерение возможно только интерференционными методами, аналогичными изложенному.
Небольшим изменением описанного опыта можно для жидкостей найти обе разности пе — п и п0 — п. Для этого по предложению Л. И. Мандельштама можно воспользоваться, например, интерферометром Жамена. Исследуемая жидкость наливается в кювету, а конденсатор погружается в нее целиком (рис. 309). Один из интерферирующих лучей проходит внутри, а другой — снаружи конденсатора. Николь-поляризатор N устанавливается так, чтобы свет был поляризован либо в плоскости рисунка, либо перпендикулярно к ней. При наложении электрического поля показатель преломления п наружного луча не изменяется, тогда как луч, проходящий между пластинами конденсатора, становится либо необыкновенным, либо обыкновенным (в зависимости от установки николя). По смещению интерференционных полос можно вычислить пе — п к
