Ефект Керра представляє сукупність трьох явищ. Причому перше і третє явища в 1875 році відкрив Дж. Керр. Це так званий електрооптичний ефект. У 1876 році цей же вчений відкрив магнітооптичний ефект. В результаті був виявлений такий ефект, який став аналогічний электрооптическому. Він вів себе в сильних оптичних полях практично так само. Його стали називати оптичним.

Класифікація

Ефект Керра підрозділяється на два виду:

магнітооптичний;

светооптический.

Розглянемо кожен з них більш докладно.

Електрооптичний ефект

Будь-яка изотропная (газ, рідина або скло) оптично середовище, яка попередньо була поміщена в зону електричного поля, перетворюється в анізотропну середовище, що володіє властивостями одновісного кристала. При цьому варто врахувати особливості. Вісь оптики такого кристала має поздовжній напрямок. Іншими словами, вона розташована вздовж електричного поля.


Для того щоб виявити ефект Керра, необхідно пропустити крізь поляризатор (наприклад, це може бути призма Ніколя) потік монохроматичного світла. Після чого направити його в зону плоского конденсатора, заповненого ізотропним речовиною. Функція поляризатора полягає в перетворенні природним шляхом поляризованого світла в пучок, але вже лінійним чином. Що буде, якщо змінити умови? Якщо до конденсатора не підключено напруга, то, відповідно, поляризація пучка світла залишається тією ж самою, а сам світловий потік загасає у другій призма Ніколя. Має значення й розташування елементів. Призма Ніколя розгорнута під прямим кутом до першої, то вони є перпендикулярні один одному. Враховується коефіцієнт заломлення.


Якщо ж напруга підключено, то пройшла процес лінійної поляризації світлова хвиля ділиться, у свою чергу, на дві складові частини. Вони виявляються поляризованими поздовжньо орієнтованої незвичайної хвилі. При цьому обидві частини знаходяться під кутом 90 про до звичайної хвилі, але рухаються з різними швидкостями. Це забезпечує різниця фаз коливальних рухів хвилі, як звичайної, так і незвичайною. Тому сумарний (результуючий) потік світла частково проходить через анализаторний апарат. Він стає поляризованим, еліптичним чином. Що буде, якщо ж у проміжок між поруч розташованими анализаторним пристроєм і встановленою осередком Керра помістити компенсатор? Також можливо добитися ефекту повного погашення світлового потоку дією аналізатора. Це відбувається в результаті того, що компенсатор перетворює еліптичну світлову поляризації в лінійно-поляризаційну хвилю. Що таке штучна оптична анізотропія? Про це поговоримо далі.

Пояснення цієї властивості

Було запропоновано спочатку в 1910 році Ланжевеном, а потім у 1918 році Борном. При цьому дослідження не залежали один від одного. Їх думка полягає в тому, що своїми зусиллями електричне поле намагається розгорнути дрібні молекули речовин таким чином, щоб їх моменти напрямки (електричні і дипольні) стали орієнтовані вздовж напряму електричного поля Е. Крім того, перебуваючи в межах електричного поля, моменти молекул не тільки роблять повороти свого напрямку, але і в них одночасно виникають додаткові дипольні моменти. Так, наприклад, у молекулах газу при відсутності такого електричного поля їх немає.
Як впливає на це коефіцієнт заломлення? У результаті формуються по-різному спрямовані (в напрямку уздовж і впоперек) потоки світлових променів. Необхідно зазначити, що з підвищенням температури процес зміни напрямку сповільнюється, так як виявлено перешкоджає вплив теплового руху на орієнтацію атомів і молекул. Тому, вимірюючи постійно значення використовуваних величин, можна встановити еліпсоподібну поляризацію оптики. Також це дозволяє виявити структурні складові цих молекул і атомних частинок. Крім того, ефект Керра буде ще залежати і від інших показників. В першу чергу, це швидкість переорієнтації молекулярних і атомних частинок. Відомо, що такий показник низькомолекулярної рідини має досить велике числове значення. Ось що таке квадратичний електрооптичний ефект.

Магнітно-оптичний ефект

Магнітно-оптичний ефект являє собою одне з основних властивостей магнитооптики. Іншими словами, він відображає результат дії намагніченої середовища на такі властивості світлового пучка, як ступінь його інтенсивності та здатність до поляризації. При цьому світло повинен бути відбитим від всій поверхні середовища. Цей ефект був описаний Керр в 1876 році при проведенні експерименту з використанням відбитого світла від заздалегідь відполірованої поверхні магніту. У чому його суть? Вона полягає в тому, що відбувається перетворення плоскоориентированного поляризованого пучка світла від поверхні феромагнетика, попередньо намагніченого, поляризований, але вже у вигляді еліпса. Що при цьому відбувається? В цей же час найбільша осьова складова поляризованого еліпса відхиляється від площини поляризації падаючого пучка світлового променя на деякий кут.

Значення цього відкриття і його застосування

Насправді саме третій відкритий Керр магнітно-оптичний ефект в повному обсязі використовується для дослідження і вивчення електронних структур тих металів і сплавів, які володіють ферромагнетическими властивостями. Ці речовини здатні притягувати предмети певного складу. Простіше кажучи, це прості магніти. Також може бути застосоване для визначення основи (доменної) феромагнетиків та складових самого поверхнево розташованого шару відполірованого металевого предмета.
Визначаються взаємозв'язки між величиною ефекту Керра і основних властивостей, які характеризують оптичну систему, які перебували в тісному контакті з прилеглою поверхнею магнетика досліджуваної середовища. Так, наприклад, збільшення значення ефекту можливе при нанесенні на верхній шар діелектрика. Крім цього, ми також можемо добитися і формування більш чітко вираженої картини дослідження.

Закон

Закон Керра виглядає наступним чином: n e – n o = B? 0 E 2 , де: ? 0 — довжина хвилі світла у вакуумі ; B — стала Керра, що залежить від природи речовини, довжини волни? 0 і температури. Для більшості речовин B > 0.

На чому заснована штучна оптична анізотропія?

Подвійним лучепреломление може бути в природних анізотропних середовищах. Є, однак, різні методи її отримання. Оптично ізотропні речовини перетворюються в оптично анізотропні, коли на них діє:

одностороннє стиск або розтяг (кристали кубічної системи, скла та ін);

електричне поле (ефект Керра, рідина, аморфне тіло, газ);

магнітне поле (рідина, скло, колоїд).

У випадках речовина стає одноосним кристалом, оптична вісь починає збігатися з деформацією, електричним або магнітним полем.