1tom - 0428.htm
е О
Л АЛ 490
РОТРОПЙЯ о и т и ч о с к а я (от греч. gyreiio ≈ кружусь, вращаюсь и tropes ≈ поворот, направленно) ≈ совокупность оптич. свойств среды, имеющей по крайней мере одно направление, не эквивалентное обратному, связанных с проявлением эффектов пространств. дисперсии первого порядка; важнейшие из них ≈ эллиптич. двойное лучепреломление и эллпптич. дихроизм (частный случай ≈ вращение плоскости поляризации, откуда и название). Явление Г. было обнаружено Д. Ф. Араго (D. F. Arago) в 1811 в экспериментах с кристаллич. пластинами кварца, вырезанными перпендикулярно оптич. оси.
Ур-ния связи для гиротролной среды имеют вид:
j» = eK + YV®A7, (f)
где е ≈ тензор диэлектрич, проницаемости, 7-J ≈ напряж╦нность электрич. поля световой волны, /> ≈ индукция, у ≈ тензор гирации 3-го ранга, a (g) означает тензорное умножение. Для прозрачных пемагл. сред и плоских мопохроматич, волн ур-ыне (1) можно записать в виде:
/> = еЕ + [6'v, E\\=-*E + i\\gk, K]r (2)
где g ≈ псевдотензор гирации 2-го ранга, k ≈ волновой вектор.
Такой вид ур-шш означает, что ответ среды ≈ индукция JJ ≈ на внеш. возмущение ≈ поле /£ ≈ зависит по только от поля в рассматриваемой точке» но и от поля в пек-рои окрестности радиуса а, т. е. учитывается нелокалыюсть связей между векторами поля (см. Дисперсия пространственная].
Для возникновения Г. необходимо: 1) заметное изменение фазы световой волны на характеристик!, расстоянии а молекулярного взаимодействия, создающего пространств, дисперсию (параметром а могут быть: размеры молекул, межмолекулярные расстояния, постоянная кристаллич. реш╦тки, длина свободного пробега электронов, экситонов и т. д.); 2) наличие в рассматриваемом объекте определ. диссимметрии (хираль-ности) ≈ прежде всего отсутствие центра симметрии. Г. может быть как естественной, так и индуцированной, навед╦нной к.- л. полями (электрич., маги.) или деформацией; в сильных световых (лазерных) нолях возможна нелинейная оптическая активность.
Если Г. обусловлена внутримолекулярными взаимодействиями к локализованными в молекуле возбуждениями, то параметр а отождествляется с размерами молекулы и внутримолекулярными расстояниями. В атом случае говорят о «м о л е к у л к р и о и» Г., связанной с оптической активностью молекул.
Если причиной гиротропных свойств кристалла являются межмолекулярные взаимодействия и делокалн-зов. возбуждения или движение свободных носителей, параметром а соответственно служат межмолекулярные расстояния, радиус молекулярного действия, размеры элементарной ячейки и т. д. В этом случае говорят о «к р и с т а л л и ч с с к о it» Г.
В случае молекулярной Г. дпссимметрнчна внутр. структура самой молекулы, а при кристаллич. Г. д несимметрична структура кристалла (хотя молекулы в свободном состоянии могут быть и симметричными). В кристалле могут существовать одновременно оба вида Г. Т. о.; Г. могут обладать и вещества, состоящие из оптически неактивных молекул, а с другой стороны, вещество, состоящее из оптически активных молекул (т. н. рацемат), может и не вращать плоскость поляризации (см. Оптически активные вещества],
Тензор 7т как всякий тензор 3-го ранга, можно представить в виде суммы неприводимых тензоров ≈ пссвдоскаляра, вектора л псевдотензора. В изотропных средах (напр., газе, жидкости, растворе) Г. описывается псевдоскалярен. В атом случае Г. среды определяется Г. самих объектов, из к-рых сРеДа состоит (напр., молекул, ионных группировок, комплексов). Такио объекты паз. оптически активными.
Векторная компонента проявляется в кристаллах планальных классов средних сингоний только в эллшь тич. поляризации вектора -Ь'. Псевдотеизорная компонента описывает «кристаллические», или «структурные», эффекты, связанные с анизотропией расположения молекул (или иных центров) в кристалле. «Кристалличе. ской» Г. могут обладать не только энантиоморфлые (хи-ралыше) кристаллы, но и кристаллы иных нецентро-симметричных классов.
Световой луч, падающий на прозрачную гиротроп-ную среду, испытывает в ней эллиптич. двойное лучепреломление: с разной скоростью и по разным направлениям в ней распространяются две волны, поляризованные эллиптически, прич╦м эллипсы поляризаций этих воли несколько различны по размерам и форме, а направления обхода их противоположны. Оси эллипсов взаимно перпендикулярны, однако векторы индукции в них не точно ортогональны. В общем случав двуосного кристалла при падении на него линейно поля. рисованного света в н╦м имеет место эллиптич. двулре-ломление.
В одноосных кристаллах линейно поляризованный луч, идущий вдоль оптич. оси, испытывает вращение плоскости поляризации вследствие разницы скоростей волн с правой и левой поляризаций. В др. направлениях имеет место эллинтич. двупреломление, как и в двуосных кристаллах. При распространении линейно поляризованной волны в оптически изотропной гиро-трошюй среде в любом направлении в ней распространяются две волны с круговой поляризацией ≈ правой н левой, имеющие различные скорости и соответственно различные показатели преломления. Поэтому плоскость поляризации линейно поляризованной волны по мере распространения в этой среде будет поворачиваться.
При приближении частоты проходящего через среду света к области резонансен (где поглощение ещ╦ пре^ небрежимо мало, а показатель преломления значительно возрастает) ур-ния (I) и (2)т строго говоря, уже не вполне применимы. Как показывает расч╦т, в области частотт меньших резонансной, но вблизи нее может существовать кроме обыкновенной и необыкновенной добавочная третья волна, имеющая другой коэф, преломления по сравнению с основной, а следовательно, и другую длину [1J.
Для поглощающих сред явления более сложны; точная теория здесь не построена. Тензор е, как известно, становится комплексным и неэрмитовым и содержит симметричные и антисимметричные части; то же относится и к тензорам ∙у и g. Физич. смысл этих частей показан в табл. (здесь показаны и эффекты, возникающие во внеш. маги, поле и в магнитоэлектрич, средах). Если при прямом и обратном прохождении через вещество эффект не меняет знака, он паз. обратимым: в противном случае он наз. невзаимным. В табл. укапаны свойства тензоров е и -у при обращении координат Р и обращении времени Т: знаки «-(-& и «≈» говорят о сохранении или изменении знака при преобразованиях. Из табл. видно, что все невзаимные эффекты связаны с изменением знака при обращении времени. При пали-чип поглощения в гиротропных средах возникает эл-липтич. или круговой дихроизм. Получаемые при этом ур-ния для распространения волн оказываются весьма сложными и затруднительны для практич. применения, в особенности для произвольных направлений. Дли частного случая распространения света в одноосном поглощающем кристалле вдоль онтпч. оси амплитуды волн с правой и левой круговыми поляризациями вследствие кругового дихроизма будут различны, а эллипсы поляризации расположены не перпендикулярно. Поэтому результирующее колебание поляризовано эллиптически, прич╦м по мере распространения волны оси эллипса поляризации поворачиваются. Эти эффекты значительно ярче выражены, чем рассмотренные выше для прозрачных двуосных кристаллов.
")
}
