Коттона-Мутона
эффект.
Двойное лучепреломление света в оптически
изотропном веществе, помещённом в магнитное поле, перпендикулярное световому лучу.
Прозрачное оптически изотропное вещество
(ОИВ), помещённое между полюсами мощного электромагнита, становится оптически
анизотропным. В результате линейно поляризованный свет (рис.1),
распространяющийся в веществе перпендикулярно
направлению магнитного поля, может расщепиться на два луча. Оптическая
изотропность соответствующих веществ, в роли которых обычно выступают
коллоидные растворы и жидкие кристаллы, обусловлена хаотической ориентацией
векторов магнитных моментов отдельных молекул в отсутствии внешнего магнитного
поля. Таким образом, под действием внешнего магнитного поля вещество
приобретает наведенную оптическую анизотропию из-за преимущественной ориентации
векторов магнитных моментов молекул вещества вдоль направления магнитного поля,
создаваемого электромагнитом. Эта анизотропия и приводит к различию показателей
преломления света в зависимости от направления его распространения. В
результате линейно поляризованный свет при прохождении вещества с наведенной
анизотропией разделяется на два ортогонально поляризованных луча - обыкновенный
и необыкновенный - и становится эллиптически поляризованным. Отличие
показателей преломления no обыкновенного и ne пропорционально
длине волны света l, а также квадрату напряжённости
магнитного поля H:
ne-no =lC
H2,
где C - константа Коттона -
Мутона, зависящая от вещества и убывающая (вдали от точек фазовых переходов)
приблизительно обратно пропорционально температуре.
Константа Коттона - Мутона имеет весьма
малое значение. Самую большую величину имеет эта константа для жидких
кристаллов и коллоидных растворов (C»10-8-10-10 А-2), для
изотропных жидкостей её значение в 104 раз меньше, а для газов настолько
мало, что она вообще точно не измерена.
Ввиду малости константы Коттона - Мутона
отличие показателей преломления no обыкновенного
и ne необыкновенного лучей весьма незначительно, и для наблюдения
двойного лучепреломления необходимо использовать сильные магнитные поля.
Диэлектрик - прозрачное ОИВ с константой
Коттона - Мутона;
падающая на ОИВ световая волна линейно
поляризована;
прошедшая ОИВ в общем случае эллиптически
поляризованная по правому кругу световая волна;
Н - напряженность внешнего магнитного
поля.
Таким образом, следствием эффекта Коттона -
Мутона является изменение состояния поляризации проходящего линейно
поляризованного светового пучка через помещённое в магнитное поле ОИВ,
приводящего к трансформации линейно поляризованной световой волны в эллиптически
поляризованную.
Эффект двойного лучепреломления света в
изотропном веществе, помещённом в магнитное поле, перпендикулярное световому
лучу впервые был обнаружен в
Эффект Коттона - Мутона используется для
изучения структур молекул, межмолекулярных образований и подвижности молекул
ОИВ.
На пути распространения линейно
поляризованного вдоль оси OX светового пучка, имеющего
интенсивность I0, находится помещённое в магнитное поле прозрачное ОИВ,
например, в виде кюветы, заполненной нитробензолом, или пластинки, покрытой
жидким кристаллом, с различными значениями показателей преломления
обыкновенного и необыкновенного лучей при включённом магнитном поле и
достаточно малой толщины, обеспечивающей примерно одинаковую интенсивность
обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе из ОИВ. После прохождения ОАВ в
соответствии с эффектом Коттона - Мутона вектор напряжённости электрического
поля световой волны будет вращаться по правому кругу, если смотреть навстречу
распространения света.
Использующие эффект Коттона - Мутона приборы
могут быть применены в качестве поляризаторов оптического излучения, в
измерительных и диагностических системах, например, для измерения концентрации
ОИВ, в исследованиях свойств и структуры ОИВ, подвижности молекул.
Комментарий:.