Вращение плоскости поляризации в кристаллических и аморфных веществах. Вращение плоскости поляризации в магнитном поле.

Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света.

Кристаллические вещества сильнее всего вращают плоскость поляризации в случае, когда свет распространяется вдоль оптической оси кристалла. Угол поворота φ пропорционален пути l, пройденному лучом в кристалле: φ=αl.

Коэффициент α называют постоянной вращения. Эта постоянная зависит от длины волны (дисперсия вращательной способности).

В растворах угол поворота плоскости поляризации пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества c: φ=[α]cl. Здесь [α] — величина, называемая удельной постоянной вращения.

В зависимости от направления вращения плоскости поляризации оптически активные вещества подразделяются на право- и левовращающие. Направление вращения (относительно луча) не зависит от направления луча.

Оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление было обнаружено Фарадеем и поэтому называется иногда эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления намагниченности.

Угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален пути l, проходимому светом в веществе, и намагниченности вещества. Намагниченность в свою очередь пропорциональна напряженности магнитного поля H. Поэтому можно написать, φ = VlH. Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная V, как и постоянная вращения α, зависят от длины волны.

Направление вращения определяется направлением магнитного поля.

Оптически активные вещества под действием магнитного поля приобретают дополнительную способность вращать плоскость поляризации, которая складывается с их естественной способностью.

 

 

Искусственная анизотропия, создаваемая деформациями, электрическим и магнитным полем (качественное описание).

Анизотропия при деформациях

Обычные прозрачные тела, не обладающие двойным лучепреломлением, при деформации сжатия или растяжения приобретают свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого направлена вдоль деформирующих сил. Экспериментально установили следующую связь между показателями преломления необыкновенной и обыкновенной волн в направлении ортогональном так называемой оптической оси, т.е. направления внешних сил деформации:n_e – n_o = kσ, (9.19) где σ – напряжение (Па = Н/м²), коэффициент, зависящий от свойств вещества. Разность (n_e – n_o) может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Вообще говоря, возможна дисперсия показателей n_e и n_o, т.е. зависимость их от длины волны λ.

При изменении напряжения картина меняется. Таким образом, наблюдая распределение цветовой освещенности по объему тела, можно судить о распределении напряжений на разных участках. Это свойство используют при исследовании распределения напряжений в сложных трудно рассчитываемых конструкциях – изготавливают геометрически подобную модель из прозрачного материала. Подвергают различным нагрузкам и по наблюдаемой в рассмотренной на Рис. 9.8 установке картине судят о распределении внутренних напряжений.

2. Анизотропия, создаваемая в веществе электрическим полем. Оптически изотропное вещество в электрическом поле приобретает оптические свойства одноосного кристалла с оптической осью параллельной электрическому вектору . Возникновение двойного лучепреломления в жидкостях и аморфных прозрачных телах под воздействием электрического поля было открыто Керром в 1875г. (эффект Керра) и нашло широкое применение в практической деятельности.

Схема установки Керра показана на Рис. 9.9. Между двумя скрещенными поляризаторами П₁и П₂ , плоскость пропускания каждого из которых составляет угол с вертикалью, помещена ячейка Керра – исследуемая жидкость в кювете между горизонтальными обкладками конденсатора, на которые подается электрическое напряжение.

При распространении света перпендикулярно направлению вектора (см. Рис 9.9) установлено следующее соотношение между показателями преломления обыкновенной и необыкновенной волн:

ne – no= K λE2, (9.20) где K – постоянная Керра, принимающая разные значения для разных веществ. Отметим, что K> 0 для боль-шинства веществ, т.е. ne>no, что соответствует положительному кристаллу. Правда, встречаются и вещества (гораздо реже), у которых K< 0, например: этиловый эфир, спирт.

Для жидкостей постоянная Керра имеет порядок (1÷10) пм/В2 (1 пм = 10-12). Для газов постоянная по естественным причинам значительно меньше, например, у кислорода при нормальных условиях K = 0,45 ∙10-15 м/В2.