11.8 Эффект фарадея в веществах с искусственной оптической активностью

В 1846 г. Фарадею удалось обнаружить эффект поворота плос­кости поляризации в изотропной среде, когда она помещалась в магнитное поле (и, следовательно, превращалась в оптически ак­тивное вещество). Оптическая схема установки Фарадея показана на рисунке 11.13.

Рисунок 11.13

При выключенном токе в катушке 1, монохроматическое излучение от источника 2 проходит через поляроид 3 и превращается в линейно-поляризованную волну . Пройдя через изотропную среду 4, излучение задерживается анализатором 5, поскольку его плоскость колебаний ортогональна плоскости колебаний поляризатора 3. Если на катушку 1 подать постоянное напряжение , в среде возникает магнитное поле , направленное вдоль вектора скорости волны, и вектор на выходе из среды оказывает­ся повёрнутым на угол относительно в плоскости орто­гональной вектору скорости волны . Для измерения угла , наблюдатель 6 должен повернуть анализатор на такой же угол для полной ликвидации просветления поля зрения. Как было показано Фарадеем

, (11.33)

где - длина исследуемой среды,

- напряженность маг­нитного поля в среде,

- постоянная Верде (по имени ученого, занимавшегося, как и Фарадей, исследованием этого эффекта).

Природа эффекта Фарадея заключается во взаимодействии маг­нитных моментов валентных электронов диэлектрика с внешним магнит­ным полем напряженности . Под воздействием поля , разориентированные магнитные моменты изотропного диэлектрика стре­мятся сориентироваться либо в направлении , либо в направле­нии ему противоположном. Поле вектора увеличивает значения , ориентирующиеся вдоль и ослабляет величины векторов , ориентированные в противоположном направлении. Увеличение приводит к возрастанию собственных частот колебаний ва­лентных электронов от до . Ослабление уменьшает на и . Увеличение собствен­ной частоты с до сдвигает кривую дисперсии вправо (рис. 11.14).

Рисунок 11.14

Уменьшение частоты до сдвигает кривую дисперсии влево. Для монохроматической волны длины , которой соответствует частота (рис. 11.14), абсолютный показатель преломления становится равным , в соответствии с кривой дисперсии, сдви­нутой вправо, и принимает значение , в соответствии с кривой, сдвинутой влево. В результате оптическое излучение распадается на два потока, один из которых распространяется в диэлектрике с фазовой скоростью , а другой - с . Как уже отмечалось для наблюдения эффекта Фарадея, излучение должно быть предварительно линейно-поляризованным.

Представляя линейно-поляризованную волну в виде суперпози­ции двух циркулярно-поляризованных по кругу волн (раздел 11.7) и пола­гая , , , , получаем, что под воздействием магнитного поля изотропный диэлектрик ведёт себя подобно одноосному монокристаллу, оптическая ось которого сов­падает с линией вектора и вектор поляризованной вол­ны поворачивается на угол , определяемый формулой (11.31).

Из приведённых рассуждений следует, что

~ .

Согласно (11.31),

~ при .

То есть, получаем формулу (11.33):