4.2.6. Оптика анізотропних середовищ. Штучна анізотропія: фотопружний ефект, ефекти Керра, Поккельса та Коттона-Мутона.

Середовище оптично ізотропне, якщо швидкість світла в кожній точці середовища не залежить ні від напрямку поширення світлової хвилі, ні від характеру її поляризації.

Окремі атоми і молекули середовища, в залежності від їх структури, можуть бути електрично ізотропними або анізотропними. У першому випадку їх поляризованість не залежить від напрямку в просторі, а в другому - істотно залежить від напрямків. Можна навести приклади (гази, рідини, аморфні тіла), коли окремі молекули, з яких складається дане середовище, анізотропні, а середовище є оптично ізотропним. Причина цього - в повній хаотичності орієнтацій молекул в газах, рідинах і аморфних тілах. Будь-яка впорядкована орієнтація анізотропних молекул в цих середовищах під дією зовнішніх впливів веде до виникнення оптичної анізотропії.

Я кщо середовище знаходиться в кристалічному стані, то його складові частинки розміщуються в строгому порядку, утворюючи кристалічну гратку. Кожна частинка при цьому взаємодіє з найближчими сусідами ґратки. Тому випромінювання вторинних хвиль частинками речовини в кристалічному стані залежить не лише від електричних властивостей самих частинок, а й від силової взаємодії з іншими частинками. Звідси випливає, що оптична анізотропія кристалу може бути зумовлена як електричною анізотропією його складових частинок, так і анізотропією поля сил взаємодії між частинками, яка залежить від ступеня симетрії ґратки. Лише кристали кубічної симетрії, які мають дуже високу ступінь симетрії, є оптично ізотропними. Всі інші кристали незалежно від електричних властивостей частинок, з яких вони складаються, є оптично анізотропними.

Штучна анізотропія (фотопружний ефект) може виникнути при подвійному променезаломленні в прозорих ізотропних тілах при їх механічній деформації. ,

Ефект Керра (анізотропія в електричному полі): в рідинах і аморфних твердих тілах під дією електричного поля виникає подвійне променезаломлення. Він пояснюється оптичною анізотропією молекул рідини. За відсутності поля молекули орієнтовані хаотично, тому в цілому рідина оптично ізотропна. Накладання сильного поля викликає деяку переважну орієнтацію молекул, а це означає, що якийсь один напрямок в середовищі виявиться напрямком найбільшої поляризованості і середовище набуде анізотропних властивостей.

, B – коефіцієнт Керра

Ефект Поккельса (лінійний електрооптичний ефект): в деяких одновісних кристалах при накладанні в певних напрямках зовнішнього електричного поля виникає подвійне променезаломлення, якого немає при відсутності поля, при чому різниця показників заломлення звичайного і незвичайного променів пропорційно першому степеню напруженості електричного поля. Ефект Поккельса виникає при накладанні поля вздовж оптичної осі кристала – поздовжній ефект, при накладанні поля перпендикулярно до неї – поперечний ефект. В обох випадках промінь світла поширюється в напрямку оптичної осі, яку має кристал при відсутності зовнішнього електричного поля.

Ефект Коттона-Мутона (штучна анізотропія в магнітному полі): виникнення оптичної анізотропії речовини під впливом сильного магнітного поля. Цей ефект спостерігається у речовинах, в яких анізотропні молекули мають постійні магнітні моменти. Накладання досить сильного магнітного поля, яке діє на магнітні моменти молекул, орієнтує їх певним чином відносно цього зовнішнього поля. Орієнтація анізотропних молекул призводить до появи анізотропії всього середовища.