«Керра эффект»

Кeppa явление, возникновение двойного лучепреломления (См. Двойное лучепреломление) в оптически изотропных веществах, например жидкостях и газах, под воздействием однородного электрического поля. Открыт Дж. Керром в 1875. В результате К. э. газ или жидкость в электрическом поле приобретает свойства одноосного кристалла (см. Кристаллооптика), оптическая ось которого направлена вдоль поля.

Для наблюдения К. э. монохроматический свет пропускают через поляризатор П(например, призму Николя) и направляют в плоский конденсатор, заполненный изотропным веществом (ячейка Керра, см. рис.). Поляризатор преобразует естественно поляризованный свет в линейно поляризованный (см. Поляризация света). Если к обкладкам конденсатора не приложено напряжение, то поляризация света, проходящего через вещество, не изменяется и свет полностью гасится второй призмой Николя А, повёрнутой на 90° по отношению к первой (анализатором). Если к обкладкам приложено напряжение, то линейно поляризованная световая волна в веществе распадается на две волны, поляризованные вдоль поля Е_н (необыкновенная волна) и под прямым углом к полю Е₀ (обыкновенная волна), которые распространяются с разными скоростями. Из-за разной скорости распространения фазы колебаний электрического вектора у необыкновенной волны Е_н и обыкновенной Е₀ волн по выходе из ячейки не совпадают, в результате чего результирующая световая волна оказывается эллиптически поляризованной и частично проходит через анализатор. Если между ячейкой Керра и анализатором А поставить компенсатор К, преобразующий эллиптически поляризованный свет в линейно поляризованный, то поворотом компенсатора можно снова добиться полного гашения света анализатором. Зная угол поворота компенсатора, можно вычислить величину двойного лучепреломления: Δn= n_н - n_o, где n_н и n_o — показатели преломления для необыкновенной и обыкновенной волн.

Величина двойного лучепреломления прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля: Δn = nkE₂(закон Керра). Здесь n — показатель преломления вещества в отсутствии поля, k — постоянная Керра. Постоянной Керра называют также величину В = nkλ (λ — длина световой волны). Постоянные Керра k и В могут быть положительными или отрицательными. Их величины зависят от агрегатного состояния вещества, температуры, а также от структуры молекул вещества. Для газов k Керра эффект 10^-15 СГСЕ. Для жидкостей k Керра эффект 10^-12 СГСЕ. Ещё большими значениями постоянных Керра характеризуются растворы жёстких макромолекул (См. Макромолекула)и коллоидные растворы.

Объяснение К. э. было дано П. Ланжевеном (1910) и М. Борном (1918). Электрическое поле стремится повернуть молекулы вещества так, чтобы их электрический дипольный момент был направлен вдоль поля Е. Электрическое поле не только ориентирует молекулы, но и создаёт в молекулах дополнительный дипольный момент. Это существенно, например, для инертных газов, атомы которых в отсутствии поля не обладают дипольным моментом. В результате действия поля в веществе возникает определённая ориентация частиц. При этом условия распространения в веществе световых волн, поляризованных вдоль и поперёк поля, оказываются различными (см. Двойное лучепреломление). Тепловое движение препятствует ориентации атомов и молекул, поэтому постоянная Керра убывает с ростом температуры. Измеряя постоянные Керра, можно вычислить эллипсоид оптической поляризуемости, что позволяет получить важную информацию о структуре молекул (См. Молекула).

В переменном электрическом поле К. э. зависит от скорости переориентации молекул при изменении знака поля. Эта скорость для низкомолекулярных жидкостей очень велика (времена изменения ориентации <>^-9 сек). Поэтому при частоте электрического поля <>⁹ гц интенсивность света, проходящего через анализатор, будет следовать за колебаниями электрического поля (с удвоенной частотой) практически без запаздывания. Таким образом, ячейка Керра может работать как модулятор светового потока, что имеет важное прикладное значение (см. Керра ячейка).

Помимо описанного электрооптического К. э. в 1876 Керром было обнаружено магнитооптическое явление (магнитооптический эффект Керра) при наблюдении отражения света от полированной поверхности полюса магнита. Магнитооптический К. э. состоит в том, что плоско поляризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика (См. Ферромагнетики), становится эллиптически поляризованным; при этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на некоторый угол по отношению к плоскости поляризации падающего света. Падающий свет при наблюдении магнитооптического К. э. Должен быть поляризован в плоскости падения либо нормально к ней, так как при всякой другой поляризации явление осложняется появлением эллиптичности поляризации, вызванной отражением от металлической (ненамагниченной) поверхности (см. Металлооптика).

Появление эллиптичности поляризации и Вращение плоскости поляризациинаблюдается также при прохождении света через тонкие намагниченные ферромагнитные плёнки (см. Фарадея эффект).Оба магнитооптических явления имеют сходную природу и объясняются квантовой теорией. Магнитооптический К. э. нашёл широкое применение при изучении доменной структуры ферромагнетиков (см. Домены,Магнитооптика).

Лит.: Волькенштейн М. В., Строение и физические свойства молекул, М., 1955; его же, Молекулярная оптика, М. — Л., 1951; Соколов А. В., О магнетооптических явлениях в ферромагнетиках, «Успехи физических наук», 1953, т. 50, в. 2, с. 161; его же, Оптические свойства металлов, М., 1961.

Ю. Е. Светлов.

Схема установки для наблюдения эффекта Керра; стрелки показывают направление электрического поля Е.

КЕРРА эффект - 1) электрооптический Керра эффект - возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах (напр., жидкостях и газах), помещенных в электрическое поле. Газ или жидкость в электрическом поле приобретают свойства одноосного кристалла с оптической осью вдоль поля.

2) Магнитооптический Керра эффект состоит в том, что плоскополяризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным.

КЕРРА ЭФФЕКТ, 1) электрооптический Керра эффект - возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных средах (жидкостях, стеклах) под действием электрического поля. Открыт шотландским физиком Дж. Керром в 1875. На Керра эффекте основана так называемая ячейка Керра, представляющая собой плоский конденсатор, заполненный жидкостью, и использующаяся как оптический затвор: в начальных условиях свет не пропускает, а при включении электрического поля пропускает; обладает большим быстродействием (10-9-10-13 с). 2) Магнитооптический эффект Керра состоит в том, что плоскополяризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным.

КЕРРА ЭФФЕКТ

квадратичный электрооптич. эффект, возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных в-вах (жидкостях, стёклах, кристаллах с центром симметрии) под воздействием однородного электрич. поля. Открыт шотл. физиком Дж. Керром (J. Kerr) в 1875. Помещённое в электрич. поле изотропное в-во становится анизотропным, приобретая св-ва одноосного кристалла (см. КРИСТАЛЛООПТИКА), оптич. ось к-рого направлена вдоль поля.

Схема установки для наблюдения эффекта Керра.

Возможная схема наблюдения К. э. изображена на рисунке. Между скрещёнными поляризатором П и анализатором А находится ячейка Керра (плоский конденсатор, заполненный прозрачным изотропным в-вом). В отсутствии электрич. поля свет преобразуется в линейно поляризованный в призме П и полностью гасится призмой А, не проходя к наблюдателю. При наложении электрич. поля линейно поляризованная световая волна в в-ве распадается на две, поляризованные вдоль поля (необыкновенная волна) и перпендикулярно полю (обыкновенная волна). Эти волны имеют в в-ве разл. скорости распространения, вследствие чего выходящий из среды свет оказывается эллиптически поляризованным и частично проходит через анализатор. Помещая перед ним компенсатор К, можно исследовать свет, прошедший ячейку Керра. Величина двойного лучепреломления Dn пропорц. квадрату напряжённости электрич. поля Е:

Dn= nkE2,

где n — показатель преломления вещества в отсутствии поля, k — постоянная Керра. Постоянной Керра иногда наз. также величину B=nk/l (l — длина световой волны). Постоянная Керра может быть положительной и отрицательной. Её величина зависит от агрегатного состояния в-ва (для газов k=10 -15 ед. СГСЕ, для жидкостей k=10-12 ед. СГСЕ), темп-ры (с увеличением темп-ры постоянная Керра уменьшается), а также от структуры молекул в-ва.

Объяснение К. э. было дано франц. физиком П. Ланжевеном (1910) и нем. физиком М. Борном (1918). Электрич, поле ориентирует молекулы в-ва, обладающие дипольным моментом, вдоль поля,— ориентационный К. э., и индуцирует дипольный момент в молекулах (или атомах), не обладающих собственным дипольным моментом, поляризационный К. э. (см. ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ). В результате этого показатели преломления (и, следовательно, I скорости распространения в в-ве световых волн, поляризованных вдоль и поперёк Е) становятся различными, и возникает двойное лучепреломление.

В перем. электрич. поле величина ориентационного К. э. зависит от соотношения между частотой поля и скоростью ориентационной релаксации молекул (=109 с-1). Инерционность поляризационного К. э. ограничена временами =10-13 с. Поэтому при частотах электрич. поля вплоть до 109—1013 Гц интенсивность света, проходящего через анализатор А, будет обнаруживать модуляцию на удвоенной частоте (из-за квадратичности эффекта), а ячейка Керра будет работать как модулятор светового потока. Следствием квадратичности К. э. явл. также возникновение пост. составляющей двупреломления в перем. электрич. поле. Этот факт лежит в основе т. н. оптического К. э.— возникновения двупреломления под действием поля мощного (как правило, лазерного) оптич. излучения.

Магнитооптический К. э. состоит в том, что плоско поляризов. свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным, при этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на нек-рый угол по отношению к плоскости поляризации падающего света (см. МЕТАЛЛООПТИКА). Это магнитооптическое явление - имеет природу, сходную с Фарадея эффектом, и объясняется квантовой теорией.

Ке́рра эффе́кт

1) электрооптический Керра эффект — возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах (например, жидкостях и газах), помещённых в электрическое поле. Газ или жидкость в электрическом поле приобретают свойства одноосного кристалла с оптической осью вдоль поля.2) Магнитооптический Керра эффект состоит в том, что плоскополяризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным.

* * *

КЕ́РРА ЭФФЕ́КТ,

1) электрооптический Керра эффект — возникновение двойного лучепреломления(см. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ) в оптически изотропных веществах (напр., жидкостях и газах), помещенных в электрическое поле. Газ или жидкость в электрическом поле приобретают свойства одноосного кристалла(см. ОДНООСНЫЕ КРИСТАЛЛЫ) с оптической осью вдоль поля.

2) Магнитооптический Керра эффект состоит в том, что плоскополяризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным.

1) эл.-оптич. К. э.- возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных в-вах (напр., жидкостях и газах), помещённых в электрич. ноле. Газ или жидкость в электрич. поле приобретают свойства одноосного кристалла с оптич. осью вдоль поля. Открыт Дж. Керром в 1875. 2) Магнитооптич. К. э. состоит в том, что плоскополяризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится эллиптически поляризованным. Открыт Дж. Керром в 1876.