Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. Дифракция в кристаллах. Поляризационные эффекты. Элементы статистической термодинамики. Излучение фотонов и эмиссия электронов, страница 5

.                                                                                                          (11.17)

Соответствующая разность фаз не зависит от длины волны

          (11.18)

Естественный белый свет после поляризации и прохождения ячейки Керра преобразуется из плоскополяризованного в эллиптически поляризованный. При этом угол поворота плоскости поляризации одинаков для волн с различными l, поэтому поле зрения на экране не является окрашенным. В этом состоит замечательная особенность эффекта Керра.

Ячейка Керра применяется для модуляции светового потока, а также в лазерах в качестве затвора для получения гигантских световых импульсов.

§ 11.4. Квадратичный магнитооптический эффект (эффект Коттона-Мутона)

Магнитное поле вызывает двойное лучепреломление в изотропном веществе, когда монохроматическое излучение распространяется в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Теория эффекта Коттона-Мутона аналогична теории эффекта Керра. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов и молекул вещества ориентированы хаотически и вещество является изотропным. Сильное магнитное поле ориентирует магнитные моменты частиц, и вещество становится анизотропным.

Если излучение линейно поляризовано, то составляющие светового вектора, направленные параллельно и перпендикулярно магнитному полю , распространяются с различной скоростью, в результате излучение становится эллиптически поляризованным. При этом оптической осью является направление магнитного поля.

Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей квадратично зависит от напряженности магнитного поля H:

(11.19)

Оптическая разность хода

,                                               (11.20)

где С=k/l - постоянная Коттона. Разность фаз

                                                         (11.21)

Постоянная С обратно пропорциональна температуре Т. Аномально большие значения С обнаружены в жидких кристаллах (10^-10…10^-12 мА^-2).

§ 11.5. Эффект Фарадея

Линейный магнитооптический эффект заключается во вращении плоскости поляризации плоскополяризованного света, распространяющегося в веществе вдоль постоянного магнитного поля.

Угол поворота плоскости поляризации пропорционален напряженности магнитного поля H и пути l, проходимому светом в веществе,

q=VHl,                                                         (11.22)

где V – постоянная Верде.

Рис. 11.8.

Направление вращения определяется направлением магнитного поля и не зависит от направления светового луча (в отличие от случая естественной оптической активности, наблюдаемой в анизотропных кристаллах). Многократное прохождение света через вещество, помещенное в магнитное поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность эффекта Фарадея используется при конструировании оптических и СВЧ устройств. Например, в сильно легированных полупроводниках вращение плоскости поляризации обусловлено орбитальным вращением свободных электронов вокруг направления магнитного поля. Плоскополяризованную волну можно разложить на две волны, поляризованные по кругу, одна из которых будет левовращающей, вторая – правовращающей. Левовращающая волна распространяется в направлении, противоположном орбитальному движению свободных электронов. Правовращающая волна распространяется по направлению вращения свободных электронов. В результате взаимодействия волн с электронами фазовые скорости волн различны, соответственно различны показатели преломления волн:

;

Найдем связь угла поворота плоскости поляризации q и разности фаз q право- и левовращающей волны. Рассмотрим проекции волн на оси х и у (рис.11.8), вектор H направлен по оси z

  ;                                                (11.23)

;                                                  (11.24)

;                                            (11.25)

;                                         (11.26)