Материаловедение

Электрооптические, магнитооптические и пьезооптические материалы

Электрооптическими, магнитооптическими и пьезооптическими материалами называются такие материалы, в которых наблюдаются изменения оптических свойств под действием, соответственно, электрических и магнитных полей и механических напряжений. Причины этих изменений связаны с особенностями распространения электромагнитного излучения (света), проявляющимися в явлениях поляризации и двойного лучепреломления.

Электрооптические ячейки и затворы

Поляризация электромагнитной волны определяется характером изменения во времени пространственной ориентации векторов напряженности электрического и магнитного полей (Е и H соответственно). Поскольку эти векторы взаимно перпендикулярны (а также перпендикулярны к направлению распространения волны), то, говоря о поляризации, обычно оперируют только вектором напряженности электрического поля Е.

Волна называется линейно (или плоско) поляризованной, если положение плоскости, в которой лежат вектор Е и направление распространения волны, не изменяется во времени. Волна называется эллиптически поляризованной, если в каждой точке пространства вектор Е вращается в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, одновременно изменяясь периодически по модулю так, что его конец описывает эллипс. Частным случаем эллиптической поляризации является круговая поляризация, при которой величина вектора Е при вращении не изменяется и его конец описывает окружность.

Двойное лучепреломление имеет место в оптически анизотропных средах. Оптическая анизотропия свойственна всем кристаллам в силу анизотропии (неодинаковости по различным направлениям) поля сил, связывающих атомы их кристаллической решетки. Исключение составляют кристаллы, у которых кристаллическая решетка обладает центром симметрии, в частности, кристаллы с кубической кристаллической решеткой.

При падении электромагнитной волны на поверхность анизотропной среды в ней в общем случае распространяются две линейно поляризованные компоненты (два луча) с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Поскольку реакция атомов анизотропной среды на воздействие электромагнитного поля зависит от его направления, то условия прохождения этих лучей через среду различны. В общем случае они распространяются в разных направлениях с разными скоростями и испытывают разное поглощение.

В любой анизотропной среде имеются одно или два направления, при распространении вдоль которых скорость волны не зависит от ее поляризации, т.е. двойное лучепреломление отсутствует. Эти направления называются оптическими осями, по числу которых кристаллы делятся на одно- и двухосные.

Применительно к одноосному кристаллу один из распространяющихся в нем лучей принято называть обыкновенным, а другой — необыкновенным. Обыкновенный луч поляризован в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой лежат оптическая ось и направление распространения, в то время как необыкновенный же луч поляризован в этой плоскости. Поведение обыкновенного луча не отличается от поведения луча в изотропной среде: для него показатель преломления n не зависит от направления распространения луча. Для необыкновенного луча показатель преломления зависит от направления распространения и изменяется в пределах между nо и некоторым значением ne, которые называются главными показателями преломления одноосного кристалла.

Двойное лучепреломление может наблюдаться не только в естественно-анизотропных средах, но и в средах с искусственной анизотропией, вызванной внешними воздействиями, в частности, приложением электрических или магнитных полей (электрооптический и магнитооптический эффекты) и механических напряжений (пьезооптический эффект).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *