Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
P— иIkT_і i PqEq cos О . PlEj cos2 О
е ' кТ IktTi '
Но этот член не сказывается на вычислении cos2 О, так как интегралы от cos Ф sin Ф и cos3 Ф sin Ф обращаются в нуль. Таким образом, чтобы получить окончательный результат, достаточно в формуле (90.11) поляризуемость ? заменить на p\!kT. Это дает
B = ^ttrJ. (90.12)
Формула (90.12) показывает, что и в случае полярных молекул разнвсть пе — п0 пропорциональна квадрату поля E0.
5. Поскольку процессы поляризации молекул и их ориентация в электрическом поле происходят за очень короткие времена, следует ожидать, что и время возникновения и уничтожения эффекта Керра при наложении и снятии электрического поля должно быть такого же порядка. Действительно, опыты Абрагама и Лемуана, начатые еще в 1899 г. и неоднократно продолженные другими исследователями, показали, что это время меньше IO"8 с, а в некоторых случаях даже меньше IO"9 с. Точность всех этих опытов была . недостаточна, чтобы высказать более определенные суждения. Это удалось только в результате развития лазерной техники, позволившей получать короткие импульсы (с длительностью порядка IO"12 с) мощного лазерного излучения (со средней напряженностью электрического поля в несколько десятков кВ/см).
Такие световые поля, хотя они и не являются статическими, способны вызывать двойное преломление в ячейках Керра. Принципиальная схема опыта приведена на рис. 310. Справа налево ЭФФЕКТ KEPPA
559
через ячейку Keppa К проходит луч 1 голубого света, претерпевающий затем отражение от полупрозрачной пластинки 5 и попадающий в фотоумножитель ФЭУ. Если николи N1 и N2 скрещены, те свет в фотоумножитель не попадет. Однако, если через ячейку Keppa слева направо пропустить мощный импульс света от лазера L, то при
¦ ФЭУ Рис. 310.
прохождении через ячейку он вызовет в исследуемои жидкости двойное преломление луча 1, и свет в фотоумножитель начнет поступать. Если на ту же ячейку наложить статическое электрическое поле и подобрать его напряженность так, чтобы возникла такая же разность фаз между необыкновенным и обыкновенным лучами, что и в предыдущем случае, то можно сравнить постоянные Keppa в статическом и переменном полях лазерного излучения.
Рис. 311.
Оказалось, .что в недипольных жидкостях постоянные Keppa в обоих случаях практически совпадают. В дипольных жидкостях при переходе от статического поля к переменному полю лазерного излучения постоянная Keppa уменьшается. Так, в случае нитробензола она уменьшается приблизительно в 100 раз.
Уже описанный опыт позволяет оценить длительность существования эффекта Keppa, Более точные результаты дают измерения по схеме, приведенной На рис. 311. Мощный инфракрасный импульс от лазера с длительностью порядка 10"}2 с и длиной волны К = 1060 нм 560
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
проходит через кристалл - дигидрофосфата калия (KDP). Из-за нелинейного эффекта удвоения частоты (см. § 124) незначительная часть света превращается в зеленый свет с длиной волны А. = 530 нм. Зеркало S1 пропускает инфракрасный луч и отражает зеленый. Зеркало S2, наоборот, пропускает зеленый луч, но отражает инфракрасный. Оба луча проходят через ячейку Керра К с «исследуемой жидкостью, расположенную между скрещенными николями N1 и N2. За николем N2 поставлен светофильтр F, задерживающий инфракрасное излучение и пропускающий на фотоумножитель ФЭУ зеленое. Если после зеркала S2 импульс зеленого излучения идет впереди мощного инфракрасного импульса, не перекрываясь с ним, то, разумеется, зеленый свет не сможет достигнуть фотоумножителя. Помещая на пути зеленого луча пластинку Р, можно задержать зеленый импульс относительно инфракрасного и по толщине пластинки измерить время задержки т. Располагая набором пластинок разной толщины, можно менять время т. Опыты показали, что в простейшем случае интенсивность проходящего ?вета, регистрируемая фотоумножителем, меняется экспоненциально по закону / = Z0 ехр (—т/т0). Постоянная т0 имеет смысл времени релаксации анизотропии жидкости, вызванной инфракрасным импульсом. Она и является мерой длительности эффекта Керра. Измерения дали для сероуглерода т0 = 2-Ю-12 с, а для нитробензола т0 = = 5-Ю'11 с.
6. Рассмотрим теперь- механизм возникновения двойного преломления в переменных полях. Если молекулы полярные, то в одну половину периода их постоянные дипольные моменты стремятся ориентироваться в направлении внешнего электрического поля. В следующую половину периода, когда внешнее поле изменит направление на противоположное, возникнет такая же, но противоположно направленная ориентация. Эффекты ориентации, вызванные такими полями, вычитаются. В низкочастотных полях (в радиодиапазоне) в каждый момент времени устанавливается ориентация, соответствующая мгновенному значению электрического поля. В этом случае явление протекает так же, как в статических полях.
Однако в высокочастотных полях (с длинами волн короче примерно 1 см) ориентация постоянных дипольных моментов практически прекращается. В таких полях постоянные дипольные моменты р0 не могут играть роли в возникновении анизотропии, а с ней и двойного преломления среды. Ориентация обусловлена только индуцированными дипольными моментами. В одну половину периода, когда электрическое поле направлено в определенную сторону, индуцированные дипольные моменты создают моменты сил, стремящиеся приблизить оси наибольшей,поляризуемости молекул к направлению электрического поля. В следующую половину периода направления всех моментов меняются на противоположные. Однако ЭФФЕКТ KEPPA
