Искусственная анизотропия.

В прозрачных аморфных телах, а также в кристаллах кубической системы может возникать двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий.

Оптически изотропные вещества становятся оптически анизотропными под действием: 1) одностороннего сжатия или растяжения (кристаллы кубической системы, стекла);

2) электрического поля (эффект Керра) (жидкости, аморфные тела, газы);

3) магнитного поля (жидкости, стекла, коллоиды).

В перечисленных случаях вещество приобретает свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает с направлением деформации, электрического или магнитного полей соответственно указанным выше воздействиям.

Рассмотрим подробнее.

1.Изотропное тело, подвергнутое упругим деформациям, может стать анизотропным и изменить состояние поляризации проходящего света. Это явление, открытое в 1818 г. Брюстером, получило название фотоупругости или пьезооптического эффекта. При одностороннем растяжении или сжатии тело становится подобным одноосному кристаллу с оптической осью, параллельной направлению приложенной силы. Мерой возникающей при этом оптической анизотропии служит разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. Опыт показывает, что эта разность пропорциональна нормальному напряжению в данной точке тела:

.

Поместим стеклянную пластинку Q между двумя скрещёнными поляризаторами

В отсутствие механической деформации свет через них проходить не будет. Если же стекло подвергнуть деформации, то свет может пройти, причем картина на экране получится цветная. По распределению цветных полос можно судить о распределении напряжений в стеклянной пластинке. Цветные полосы будут тем тоньше и расположатся тем гуще, чем выше концентрация напряжений; они укажут на области, с которых начнется разрушение детали.

2.Явление искусственной анизотропии может возникать в изотропных средах под воздействием электрического поля (эффект Керра). На рис. изображена так называемая ячейка Керра.

Установка состоит из ячейки Керра, помещённой между двумя скрещёнными поляризаторами Ячейка представляет собой герметичный сосуд с жидкостью (используется обычно нитробензол), в которую введены пластины конденсатора. В отсутствие поля свет через ячейку Керра не проходит. При подаче на пластины напряжения между ними возникает электрическое поле. Под его действием молекулы жидкости поворачиваются так, чтобы в направлении поля были ориентированы либо их дипольные моменты (у полярных молекул), либо направления наибольшей поляризуемости (у неполярных молекул). В результате жидкость становится анизотропной. Величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля:

(закон Керра),

Ячейка Керра может служить затвором света, который управляется потенциалом одного из электродов конденсатора, помещенного в ячейку. На основе ячеек Керра построены практически безынерционные затворы и модуляторы света с временем срабатывания до .

3. Эффект Коттона–Мутона - аналог эффекта Керра в магнитном поле. Если молекулы анизотропны и обладают постоянными магнитными моментами, то они могут преимущественно ориентироваться постоянным магнитным полем. В достаточно сильных магнитных полях возникает анизотропия, появляется двойное лучепреломление. В этом случае среда ведет себя как оптически одноосный кристалл. Величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна квадрату индукции магнитного поля B при распространении света перпендикулярно к оптической оси:

4. Линейный электрооптический эффект Поккельса – изменение двойного лучепреломления вещества из-за смещения собственной частоты во внешнем электрическом поле. В отличие от эффекта Керра величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна первой степени напряжённости электрического поля: