Эфект Фарадэя

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Кручэнне плоскасці палярызацыі святла за кошт эфекту Фарадэя

Эфект Фарадэя (падоўжны электрааптычны эфект Фарадэя) - магнітааптычны эфект, які заключаецца ў тым, што пры распаўсюдзе лінейна палярызаванага святла праз аптычна неактыўнае рэчыва, якое знаходзіцца ў магнітным полі, назіраецца кручэнне плоскасці палярызацыі святла. Тэарэтычна, эфект Фарадэя можа выяўляцца і ў вакууме ў магнітных палях парадку 1011-1012 Гс.[1]

Фенаменалагічнае тлумачэнне[правіць | правіць зыходнік]

Лінейна палярызаванае выпраменьванне, якое Праходзіць праз ізатропнае асяроддзе, заўсёды можа быць прадстаўлена як суперпазіцыі двух права- і левапалярызаваных хваляў з процілеглым напрамкам кручэння. У вонкавым магнітным полі паказчыкі пераламлення для цыркулярнай права- і левапалярызаванага святла становяцца рознымі (n_+ і n_-). З прычыны гэтага, пры праходжанні праз асяроддзе (уздоўж сілавых ліній магнітнага поля) лінейна палярызаванага выпраменьвання яго цыркулярнай лева- і правапалярызаваныя складнікі распаўсюджваюцца з рознымі фазавымі хуткасцямі, набываючы рознасць ходу, якая лінейна залежыць ад аптычнай даўжыні шляху. У выніку плоскасць палярызацыі лінейна палярызаванага манахраматычнага святла з даўжынёй хвалі \lambda, якое прайшло у асяроддзі шлях l, паварочваецца на вугал

\Theta = \frac{\pi l(n_+ - n_-)}{\lambda}.

У вобласці не вельмі моцных магнітных палёў рознасць n_+ - n_- лінейна залежыць ад напружанасці магнітнага поля і ў агульным выглядзе кут фарадэеўскага кручэння апісваецца суадносінамі

\ \Theta = \nu Hl,

дзе \nu пастаянная Вердэ, каэфіцыент прапарцыянальнасці, які залежыць ад уласцівасцяў рэчывы, даўжыні хвалі выпраменьвання і тэмпературы.

Элементарнае тлумачэнне[правіць | правіць зыходнік]

Эфект Фарадэя цесна звязаны з эфектам Зеемана, які складаецца ў расшчапленні узроўняў энергіі атамаў ў магнітным полі. Пры гэтым пераходы паміж расшчэпленымі ўзроўнямі адбываюцца з выпусканнем фатонаў правай і левай палярызацыі, што прыводзіць да розных паказчыках праламлення і каэфіцыентам паглынання для хваляў рознай палярызацыі. Груба кажучы, адрозненне хуткасцяў розна палярызаваных хваляў абумоўлена адрозненнем даўжынь хваляў паглынальнага і перавыпраменьванага фатонаў.

Строгае апісанне эфекту Фарадэя праводзіцца ў рамках квантавай механікі.

Ужыванне эфекту[правіць | правіць зыходнік]

Выкарыстоўваецца ў лазерных гіраскопах і іншай лазернай вымяральнай тэхніцы і ў сістэмах сувязі.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Дадзены эфект быў знойдзены М. Фарадэям у 1845 годзе.

Першапачатковае тлумачэнне эфекту Фарадэя даў Д. Максвел ў сваёй працы «Выбраныя творы па тэорыі электрамагнітнага поля», дзе ён разглядае круцільную прыроду магнетызму. Абапіраючыся ў тым ліку на працы прафесара У. Томсана, які падкрэсліваў, што прычынай магнітнага дзеяння на святло павінна быць рэальнае (а не ўяўнае) кручэнне ў магнітным полі, Максвел разглядае намагнічанае асяроддзе як сукупнасць «малекулярных магнітных віхур». Тэорыя, якая лічыць электрычныя токі лінейнымі, а магнітныя сілы круцільнымі з'явамі, ўзгадняецца ў гэтым сэнсе з тэорыямі Ампера і Вебера. Даследаванне, праведзенае Д. К. Максвелам прыводзіць да высновы, што адзінае дзеянне, якое кручэнне віхур аказвае на святло, складаецца ў тым, што плоскасць палярызацыі пачынае круціцца ў тым жа кірунку, што і віхуры, на вугал, прапарцыянальны:

  • таўшчыні рэчывы
  • складнікам магнітнай сілы паралельнай прамяню
  • паказчыку пераламлення прамяня
  • зваротна прапарцыянальны квадрату даўжыні хвалі ў паветры
  • сярэдняму радыусе магнітных віхур
  • ёмістасці магнітнай індукцыі (магнітнай пранікальнасці)

Усе палажэнні «тэорыі малекулярных віхур» Д. Максвел даказвае матэматычна строга, маючы на ​​ўвазе, што ўсе з'явы прыроды ў глыбіннай сутнасці сваёй аналагічныя, і дзейнічаюць падобным чынам.

Многія палажэнні дадзенай працы былі пасля забытыя або не зразуметыя (напрыклад, Герцам), аднак вядомыя на сённяшні дзень ураўненні для электрамагнітнага поля выведзеныя былі Д. Максвелам з лагічных пасылак названай тэорыі.

Аўстрыйскі фізік-тэарэтык Л. Больцман ў заўвагах да працы Д. Максвела адгукаўся наступным чынам:

Я мог бы сказаць, што паслядоўнікі Максвела ў гэтых ураўненнях, мабыць, нічога акрамя літар не памянялі ... Вынікі перакладзенага тут цыкла работ, такім чынам, павінны быць прылічаны да найважнейшых дасягненняў фізічнай тэорыі

Зноскі