Zjawisko Kerra – pojawianie się
dwójłomności
dla substancji, które w normalnych warunkach jej nie wykazują, wymuszonej polem elektrycznym. Zjawisko to bywa nazywane kwadratowym elektrooptycznym zjawiskiem Kerra (dla odróżnienia od efektu magnetooptycznego badanego również przez Kerra). Zostało ono odkryte w
1875
przez
Johna Kerra
(Jonn Kerr), szkockiego fizyka.
Kwadratowe elektrooptyczne zjawisko Kerra
Elektrooptyczne zjawisko Kerra to pojawianie się
dwójłomności
w ośrodku izotropowym pod wpływem przyłożonego
pola elektrycznego
. Powstaje ono w wyniku układania się polarnych cząsteczek ośrodka w kierunku zewnętrznego pola elektrycznego, dzięki czemu ośrodek staje się dwójłomny. Po wyłączeniu pola materiał traci tę właściwość ponownie stając się ośrodkiem izotropowym optycznie. Uporządkowaniu cząsteczek przeciwdziałają ich ruchy termiczne, dlatego współczynnik Kerra maleje przy wzroście temperatury.
Aby zaobserwować zjawisko Kerra, można przyłożyć
pole elektryczne
prostopadle do biegnącego promienia
światła
spolaryzowanego liniowo pod kątem 45° do pola elektrycznego. Na wyjściu komórki światło spolaryzowane jest eliptycznie zależnie od drogi światła w ośrodku,
natężenia pola elektrycznego
i rodzaju substancji. Tak zbudowany przyrząd nazywany jest
komórką Kerra
.
W zjawisku tym różnica współczynników załamania dla kierunku zwyczajnego i nadzwyczajnego określona jest wzorem:
gdzie:
- λ to
długość fali
świetlnej,
- K stała Kerra charakteryzująca ośrodek,
- E
natężenie pola elektrycznego
.
Przykładowe wartości stałej Kerra:
-
toluen
3,58·10−14 m V−2
-
woda
9,4·10−14 m V−2
-
nitrobenzen
4,4·10−12 m V−2
Stała ta może przyjmować również wartości ujemne, np. dla
chloroformu
6,92 m V−2.
Dla promienia przechodzącego prostopadle do pola elektrycznego różnica dróg optycznych promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego określona jest wzorem:
gdzie
- Δl – różnica dróg optycznych,
- B – stała charakteryzująca materiał,
- l – długość drogi promienia w substancji,
- E – natężenie pola elektrycznego.
Podobny efekt pojawia się w obecności pola magnetycznego. Nosi ono nazwę
zjawiska Cottona-Moutona
.
Wysokoczęstotliwościowe zjawisko Kerra
Szczególnym przypadkiem elektrooptycznego zjawiska Kerra jest efekt wywołany polem elektrycznym samego światła. Efekt ten nazywany jest wysokoczęstotliwościowym lub optycznym. W przypadku wiązek
laserowych
o bardzo dużym natężeniu można dzięki temu zjawisku uzyskać efekt samoogniskowania i samomodulacji.
Magnetooptyczne zjawisko Kerra
Magnetooptyczne zjawisko Kerra jest podobne do efektu elektrooptycznego ale jest wywołane
polem magnetycznym
. Polega na tym, że płaszczyzna polaryzacji światła odbitego od namagnesowanej próbki (np. wypolerowany rdzeń elektromagnesu) jest skręcona o pewien kąt w stosunku do płaszczyzny polaryzacji światła padającego na próbkę. Magnetooptyczny efekt Kerra jest podobny do
zjawiska Faradaya
, w którym podobny obrót zachodzi po przejściu wiązki światła przez materiał.
Bibliografia
- Jurgen R. Meyer-Arendt: Wstęp do optyki. Wyd. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1977.
- Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich. Fizyka, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, wyd.3,