Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

преломляющие и дихроичные кристаллы. Для обнаружения поляризации служат анализаторы, которые по принципу действия идентичны поляризаторам. В зависимости от ориентации плоскости поляризации анализатора поляризованный свет либо проходит, либо не проходит через него. При скрещенном положении поляризатора и анализатора, когда их оси поляриза-

ции повернуты друг относительно друга на 2 , световые волны

через систему из двух поляризаторов не проходят. От линейно поляризованного света к эллиптической и циркулярной поляризациям можно перейти, пропуская линейно поляризованный свет через анизотропные кристаллические четвертьволновые и полуволновые пластинки. Свет круговой поляризации можно также получить, используя явление полного внутреннего отражения на границе прозрачных сред, при котором возникает разность фаз отраженных волн ( E0 x = E0 y ) с ортогональными

направлениями линейной поляризации = 2 (параллелепипед

Френеля).

От излучения естественных источников света по поляризации выгодно отличается излучение лазерных источников. Излучение лазера обычно строго определенной длины волны, т.е. высокой степени монохроматичности, большой интенсивности и линейной поляризации света. Высокая монохроматичность лазерного излучения, однако, часто представляет и определенные неудобства в его использовании — не всегда удается иметь очень дорогой лазер с перестраиваемой частотой. Для создания плоской монохроматической волны излучения часто прибегают к обычным источникам света в сочетании с монохроматорами (с помощью которого выделяют определенную длину волны) и поляризаторами. Однако и здесь не все хорошо. Часто невысокая интенсивность излучения и ограниченная

336

степень монохроматизации вызывают определенные трудности.

Неоднократное упомянутое выше сочетание слов свет и кристаллическое вещество не случайно. Необычайное поведение света в кристалле оказывается тесно связанным со строгим порядком в расположении атомов, образующих периодическую решетку. Для кристаллов вообще характерна анизотропия их физических свойств, в том числе и таких, которые описываются диэлектрической и магнитной проницаемостями, электропроводностью и т.д. Классические представления показы-

вают необходимость анизотропии указанных свойств: смеще-

ние электронов под действием поля световой волны E различно в зависимости от направления этого поля и не совпадает с ним в общем случае; различны и вероятности поглощения энергии. Следствием оптической анизотропии являются различия: а) скоростей распространения света и, таким образом, различие и показателей преломления; б) коэффициентов поглощения; в) отражающей способности и существования оптической активности, определяемой как n n n , и некоторых

других характеристик. Существование в кристаллах указанных особенностей феноменологически связывается с наличием в них двулучепреломления и дихроизма. Двойное лучепреломление состоит в том, что вследствие зависимости показателя преломления от направления электрического поля световой волны при ее прохождении через анизотропную среду, световой луч разделяется на два поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Дихроизм (двупоглощение) за-

ключается в различном поглощении веществом света в зависи-

мости от ориентации вектора E световой волны. Это так называемые линейные двупреломление и дихроизм. Если на анизотропное вещество падает циркулярно поляризованный свет, то возникают круговые двупреломление и дихроизм, состоящие в различном преломлении и поглощении соответственно поляри-

337

стояния поляризации. В некоторых случаях это происходит одновременно. Наблюдаемые при этом изменения в световой волне получили название магнитооптических эффектов. Сделаем оговорку, что будем рассматривать простые случаи взаимодействия света (при прохождении или отражении) с кубическими кристаллами или изотропными материалами, т.к. в противном случае естественное кристаллическое двулучепреломление усложняет анализ.

Магнитооптические эффекты можно группировать по различным признакам.

1. По характеру распространения света относительно векто-

r

ра намагниченности I можно выделить продольные (эффект Фарадея и эффекты при полярном и меридиональном намагничивании) и поперечные (эффект Фохта и эффекты при экваториальном намагничивании).

2.По характеру зависимости от намагниченности - квадратичные (эффект Фохта и ориентационный магнитооптический эффект) и линейные (остальные магнитооптические эффекты).

3.Магнитооптические эффекты могут наблюдаться как на отраженном от намагниченного кристалла (эффекты Керра), так и на проходящем через ферромагнетик свете (эффекты Фарадея и Фохта).

Впроходящем свете реализуются два “классических” случая, различающиеся геометрией распространения света по отношению к направлению вектора намагниченности.

Направление волнового вектора световой волны k (рис.

6.18, а) параллельно вектору намагниченности (геометрия Фа-

r

радея) ( k I ). В этом случае, во-первых, имеет место вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света, при этом угол фарадеевского вращения ~ I. Во-вторых, наличие поглощения в среде приводит к возникновению эллиптической поляризации.

339

Более детально. Пусть линейно поляризованный свет, который можно представить как суперпозицию двух волн — одну с левой, другую - с правой круговыми поляризациями, падает нормально на поверхность кристалла, и эти волны поразному взаимодействуют с кристаллом, а их фазовые скорости распространения различные. В результате суперпозиции этих волн на выходе кристалла вновь образуется линейно поляризованная волна, но с рядом новых качеств, а именно, она с другим по отношению ко входу направлением поляризации. Угол поворота плоскости поляризации

B

Рис. 6.18. Магнитооптические эффекты на проходящем свете:

а - эффект Фарадея; б - эффект Фохта

340