1.12.8. Эффект Зеемана и поляризация
Исходя из понимания, что излучение световой волны происходит в результате колебаний электрического диполя, рассмотрим поведение диполя в магнитном поле.
На
движущийся со скоростью
действует сила Лоренца
.
В результате, естественно, характер движения электрона в ходе колебаний изменится. Перейдем, однако, во вращающуюся систему координат. В такой системе на тот же электрон будет действовать сила Кориолиса
,
где - скорость вращения системы отсчета.
,Z
Y
pxy
t X
Зависимость
этих сил от скорости
с одной стороны, и от поля
и от скорости вращения с другой -
одинаковы. Это обстоятельство позволяет
нам просто решить задачу о колебаниях
электрического диполя в магнитном поле:
направив скорость вращения системы
вдоль магнитного поля и подобрав нужную
скорость вращения системы, мы можем
добиться компенсации силы Лоренца и
силы Кориолиса. В результате во вращающейся
системе отсчета колебания будет
происходить “обыкновенным” способом,
как они происходили бы в отсутствии
магнитного поля. Для этого необходимо
лишь выполнение условия
при подходящем направлении вращения системы.
Высказанные утверждения составляют суть (и доказательство) теоремы Лармора.
Нас, разумеется, будет интересовать излучение в лабораторной, неподвижной системе отсчета. Такое излучение в определенном направлении определяется составляющей вектора дипольного момента, перпендикулярной этому направлению.
Проще
всего обстоит дело с z-составляющей
амплитуда ее колебаний остается
неизменной. Мы можем записать для нее
выражение
.
Это некоторый колеблющийся диполь,
направленный вдоль оси OZ
- его излучение имеет максимум в плоскости
XOY.
Запишем теперь выражения для других составляющих:
;
.
Преобразуем эти выражения:
.
Итак,
мы убедились, что в направлении оси OZ,
в направлении магнитного поля диполь
излучает две волны. Они различаются
частотами (
)
и поляризованы по кругу в противоположных
направлениях.
Z
c
c
Y
c
0 X
Вообще говоря, для анализа эффекта Зеемана необходим квантовый подход. Позднее мы еще вернемся к этому вопросу, а пока лишь отметим, что классическая физика объясняет только так называемый простой эффект Зеемана. На основе эффекта Зеемана ниже будет проанализирован эффект магнитного вращения плоскости поляризации света.
1.12.9. Искусственное двойное лучепреломление
Сколько-нибудь детально строением кристаллов мы заниматься не будем (или - не можем). Причины возникновения анизотропии, которая является причиной двойного лучепреломления, для нас останутся загадкой. Поэтому для нас особенно ценно обсуждение искусственного двойного лучепреломления, когда причины анизатропии совершенно прозрачны.
E
Может, не самым простым, но имеющим большую практическую ценность, является создание анизотропии с помощью электрического поля. если молекулы вещества полярны, их расположение под действием поля становится в определенной степени упорядоченным. Неполярные молекулы под действием поля поляризуются. Направление поляризации и становится осью, определяющей анизотропию скорости распространения света.
Соответствующее
устройство называется ячейкой Керра.
Рабочим веществом обычно является
жидкость. В нее погружаются параллельные
металлические пластины, образующие
плоский конденсатор, поле которого и
осуществляет поляризацию вещества.
Разность показателей обыкновенного и
необыкновенного лучей
оказывается пропорциональной показателю
преломления вещества n
и квадрату электрического поля E2
- эффект является квадратичным. В
выражении
коэффициент пропорциональности k
называется постоянной Керра.
Поместив ячейку Керра между скрещенными поляризаторами и подавая на нее импульсное напряжение. можно осуществлять управление проходящим через систему светом. Время переключения света может быть чрезвычайно малым - порядка 10-12 с.
Другой способ искусственного создания анизотропии - деформация, видимо, не требует особых пояснений. При сжатии или растяжении изотропного материала в направлении деформации создается оптическая ось и проявляется явление двойного лучепреломления.
Кстати, пластинку в , например, можно изготовить из обыкновенного целлофана, в котором после его изготовления остаются остаточные напряжения. Сам по себе этот материал вполне изотропный.