Introducere, electro-optice efect Kerr - efect optic Kerr

Ramuri ale fizicii cunoscut sub numele de electro-optice și magneto-a inceput sa încă din 1845 godu de la descoperirea de rotație Faraday a planului de polarizare a luminii polarizate în timp ce trece într-o paralelă mediu transparent pentru liniile de câmp magnetic. Acest lucru va face deschiderea erei Faraday a fost rezultatul cercetărilor sale extinse cu privire la relația dintre lumină, electricitate și magnetism.

Într-un articol care descrie această descoperire, el a spus: „Ca mulți iubitori de știință naturale, am fost mult timp de părere, care a trecut aproape o certitudine că aceste diferențe sunt formele în care se manifestă forțele materiei, au o origine comună, și anume, cu alte cuvinte, astfel încât acestea depind unul de altul și așa conectate unul cu altul, care poate fi transformat una în alta și că sunt echivalenți de acțiune. " Această credință Faraday l-au dus să caute noi legături între lumină, electricitate și magnetism, dar sensibilitatea echipamentului său a fost insuficientă pentru a determina astfel de date. Dar, cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că aceste credințe și studii timpurii au fost un stimul constant pentru utilizarea de tehnologii mai avansate și căutarea de noi fenomene în domeniul electro și magneto printre succesorii săi. Cea mai importantă descoperire a efectelor Kerr sunt numele de Zeeman și Cotton-Mouton.

Într-adevăr, cele mai multe descoperiri in electro- si magneto este o consecință a experimentatori pentru a îmbunătăți echipamentul lor. Acest rezumat este detaliat efectul Kerr studiat la trecerea luminii prin mediul perpendicular pe liniile câmpului electric și magnetic.

Scopul acestei lucrări este de a studia electro-optice efect Kerr.

Obiectul de munca de cercetare a efectului Kerr.

Subiectul operelor de oameni de știință work- sfârșitul devyatnadtsatogo- din prima jumătate a secolului al XX-lea.

Ipoteza efectului Kerr se bazează pe crearea celulei, în care schimbarea de stare a materiei, adică, trecerea de la anizotrop la izotrop. Care sunt caracteristicile acestui fenomen pot fi urmărite sub supravegherea lui?

1. Introducerea conceptelor de bază și prezentarea esența efectului Kerr

2. Studiul metodelor de obținere experimental Kerr constant

3. Concentrarea pe studiul părții teoretice a moleculelor polare și nepolare.

4. Introduceți conceptul de durata de existență a efectului Kerr și aplicarea acesteia.

Noi introducem conceptele de bază care vor fi folosite în timpul unei operații de citire:

Polarizarea luminii - o proprietate a luminii, care se caracterizează printr-o ordonare spațiu-timp de orientare E vectorul electric

Polarizabilitatea - proprietatea fizică a substanțelor dobândi momentul electric sau magnetic dipol (polarizare) într-un câmp electromagnetic extern.

refracției luminii (refracție) - schimbarea direcției de propagare a undelor electromagnetice radiații, care apar la interfața dintre două medii transparente pentru aceste valuri sau suporturi mai groase, cu proprietăți diferite în mod continuu.

Anisotropy - diferența de proprietăți de mediu în direcții diferite în acest mediu.

Nicole - mijloace de polarizare, bazat pe principiul acțiunii sunt efectele refracție dublu și reflecție internă totală.

Interferența - redistribuirea intensității luminii ca rezultat al superpoziție (superpoziție) de mai multe valuri de lumină coerente.

Conductivitatea electrică a unei substanțe de a efectua veschestva- sub neschimbata cu timpul a câmpului electric invariabilă în timp curentul electric.

Dipolul moment de-vector cantitate fizică ce caracterizează, împreună cu o încărcătură totală a proprietăților electrice ale sistemului de particule încărcate, în sensul că acesta produce câmpul și acțiune pe ea câmpurilor externe.

natura electromagnetică a luminii și a materiei sugerează că proprietățile optice ale materialului trebuie să varieze cu introducerea sa în câmp electric și magnetic. Într-adevăr, aceste modificări au fost observate experimental. În primul rând, Faraday în 1846 a descoperit fenomenul de magneto - rotație a planului de polarizare a luminii într-un câmp magnetic. Kerr prima dată au putut observa în 1875 că unele materiale izotrope, atunci când sunt plasate într-un câmp electric, să devină un birefringente linii electrice paralele „axe optice“, adică, substanță plasată într-un câmp electric uniform, dobândește proprietățile unui cristal uniaxială cu o axă optică paralelă cu liniile de câmp electric. Acest „fenomen electro“ poartă acum numele de descoperitorul său (PS Kerr (1824-1907g.g În 1877, același Kerr a constatat ca oglinda cu fier magnetizat reflectă o altă lumină polarizată decât non-magnetizat. Pe viitor, au fost deschise, și alte efecte electro-optice și magneto-optice .

Efectul Kerr electro-optic este că multe corpuri izotrope când sunt administrate într-un câmp electric constant devine anizotrope optic. Ei încep să se comporte ca un cristale birefringente uniaxiale, dintre care axa optică este paralelă cu câmpul electric aplicat.

Sam Kerr a observat acest fenomen la început pe geamul introdus în câmpul electric. În acest caz, de asemenea, în cazul tuturor celorlalte solide anizotropiei optice poate fi un fenomen secundar, și anume, se poate produce prin deformarea mecanică produsă de câmpul electric. Cu toate acestea, studiile ulterioare de Kerr și alți oameni de știință au arătat că fenomenul este, de asemenea, observată în lichide și gaze, chiar și în cazul în care anizotropie mecanice excluse. În plus, „efect Kerr pur“ poate fi separat de efectul cauzat de deformări mecanice, examinarea fenomenului în domenii alternativ: comutarea bruscă sau oprirea unui câmp electric, deformări mecanice apar și dispar imediat, dar cu o anumită întârziere, în timp ce efectul Kerr în formă pură (observate la lichide și gaze), are loc practic fără inerție.

Ca orice birefringență, efectul Kerr poate fi detectat prin plasarea între prisme Nicol încrucișate și condensator plat umplute cu substanța de testat (Fig. 1).

Fig. 1. Sistem pentru observarea efectului Kerr

lumină monocromatică colectat prin lentila L într-un fascicul paralel, polarizat Nicol prismă N1, trece între două plăci metalice paralele K (numite „Kerr condensator“) și prin a doua Nicol N2, încrucișat cu primul. Pentru un efect maxim, N1 planul de transport trebuie să fie un unghi de 45 de grade cu liniile de forță. Dacă ambele placă metalică K se află la același potențial, iar în cazul în care mediul este închis între acestea, izotrop, lumina nu trece prin N2. Cu toate acestea, în cazul în care K este aplicat plăcilor unui câmp electrostatic între mediul devine birefringent, adică lumina componentelor vectoriale paralele și perpendiculare pe liniile de forță trece prin ea la rate diferite. Deci, lumina se stinge la polarizată eliptic, iar o parte din ea poate trece prin N2. Efectul este independent de direcția câmpului și, prin urmare, dacă este dublată pune o oglindă în fața N2, pentru a forța lumina să treacă din nou prin K deplasării franjele de interferență poate fi calculată ne și-n n0 -n.

Prima substanta care a fost investigat Kerr, a fost o bucată de sticlă, cu capetele lipite în cadrul acesteia a înfășurării bobinei de inducție. Cauzată de proprietățile optice ale câmpului aplicat a fost echivalent cu întindere mecanică a sticlei, dirijat de-a lungul liniilor de câmp, adică, Glass face un astfel de exemplu pozitiv cristal de cuarț 1.

In alte solide, cum ar fi pe bază de colofoniu, efectul a fost inversată, adică, au comportat ca sticla, comprimat de-a lungul liniilor de câmp, cum ar fi Islanda spat.

Efectul a apărut simultan cu aplicarea câmpului, și, uneori, necesită câteva secunde (în cazul de sticlă, chiar și aproximativ S minute) pentru a ajunge la dimensiunea completă. In acelasi timp scurs între oprirea teren și dispariția birefringența.

Aceasta este întârzierea în apariția și dispariția efectului a dus la diferite ipoteze cu privire la natura sa. Se pare plauzibil ca aceasta sa datorat tensiunilor provocate de câmpul din sticlă, din cauza voltajului deja de lucru sunt conștienți de faptul că „izolatorul de sticlă în încărcate crește condensatoare în volum și supus unor tensiuni electrice.“

O altă ipoteză care explică efectul creșterii temperaturii cauzate de conductivitatea electrică a substanței.

Kerr însuși a fost, însă, convins că a descoperit efectul nu poate fi explicată prin cauze pur mecanice sau termice. El a început să studieze atât de puțin lichide vâscoase, în care câmpul nu a putut fi cauzat tensiuni semnificative. El a descoperit imediat efectul într-o gamă largă de lichide. În unele, cum ar fi disulfura de carbon, uleiul de parafină, toluen, benzen, dublu refracție a fost pozitiv, în timp ce în altele, cum ar fi uleiul de măsline, un rapiță, a fost negativ în grăsime Tyuleny. El a fost capabil să se stabilească faptul că, în toate aceste cazuri, efectul a apărut și a dispărut în același timp, pornirea și în afara terenului, este bine dovedit natura electrică a fenomenului.

Descoperirea acestui efect, de asemenea, în corpurile lichide a atras imediat atentia multor altor cercetători, precum și rezultatele Kerr au fost confirmate rapid și extins.

Kerr capabil să stabilească relația dintre puterea de refracție și magnitudine a câmpului electric. Legea Sa este formulată după cum urmează: dacă np și ni indicele de refracție în direcțiile perpendiculare și linii paralele de forță, diferența de fază (în radiani), după trecerea prin intensitatea câmpului electric E este:

În cazul în care lungimea de undă a lungimii transmise direcției luminii luminii în mediu (în cm), și - așa-numitul „Kerr constant“. Acestea din urmă, cu toate acestea, sa dovedit a fi dependentă de substanță, lungime de unda si temperatura. Această lege este justificată de Kerr cu mare precizie, astfel cum a fost verificată de către mulți cercetători. Cele câteva excepții au trebuit să explice erori în metodele de observare, deoarece acestea nu au fost confirmate în studii ulterioare. Disulfura de carbon Chaumont constatat că exponent E este egal cu 2.0045 și a concluzionat că legea Kerr pentru disulfura de carbon pur corectă chimic. Acest lucru este confirmat și de un non-polar non-conductive bisulfura de carbon. Dar, pentru unele lichide polare la punctele forte mari de teren au fost găsite abateri minore. Abaterile de la Kerr în domenii puternice au fost găsite și pentru un număr de cristale.