Физические эффекты и явления

Фотохимическая реакция разложения бромистого серебра (и других его коллоидных солей) использована для получения фотографических изображений. Изображение представляет собой локальные почернения фотоматериала из-за выделившихся под действием отраженного от обьекта света частичек серебра.

14.2.1. К фотохимическим явлениям относится и так называемый фотохромный эффект, который состоит в следующем.

Некоторые химические вещества обычно со сложным строением молекулы, изменяют свою окраску под действием видимого или ультрафиолетового излучения. В отличии от обычного выцветания красок этот эффект обратим. Первоначальная окраска или отсутствие таковой восстанавливается через некоторое время в темноте, под действием излучения другой частоты или при нагревании. Но наведенную окраску можно и сохранить сколь угодно долго, если охладить фотохромное вещество или обработать его некоторыми газами, фотохромизм восстанавливается при соответсвующей вторичной обработке.

Скорость окрашивания и интенсивность окраски зависят не только от структуры молекул самого фотохромного соединения, но и от среды в которую оно может быть введено (стекло, керамика, жидкость, пластмасса, ткань и др.).

Многие фотохромные вещества при облучении интенсивным светом могут темнеть, причем их "быстродействие" достигает несколько микросекунд. Это позволяет использовать фотохромные тела как светохатворы для защиты глаз или светочувствительных приборов от неожиданной вспышки мощного излучения. Есть возможность использовать их как регуляторы светопропускания в зависимости от интенсивности света.

Фирма "Корнинг Гласс" выпустила светозащитные очки с фотохромными стеклами, изменяющими степень светопропускания в зависимости от интенсивности потока ультрафиолетовых лучей.

А.с.267 967: Устройство для представления информации в трехмерной форме, отличающееся тем, что с целью улучшения стереоскопического восприятия трехмерных изображений и упрощения устройства оно содержит три параллельных ряда плоских панелей, на противоположных концах которых нанесены изготовленные из фотохромного материала активные зоны одна из которых служит для просмотра изображения, а другая - для обработки информации, причем все панели установлены на разной высоте на трех осях вращения, сдвинутых относительно друг друга на 120 градусов.

2. Устройство по пункту 1, отличающееся тем, что над каждой из фотохромных информационных панелей в зоне, противоположной зоне просмотра, установлена матричная излучающая панель.

3. Устройство по пункту 1, отличающееся тем, что к каждой из панелей подведена линейка волоконных световодов связанных с источником импульсов излучения активизирующего фотохромный материал.

Патент США 3 558 802: Устойчивое фотохромное воспроизводящее устройство, предназначенном для работы с плекой покрытой фотохромным материалом, содежащим сахарин, имеется центральная камера, в которой находится электроннолучевая трубка. На нормальной прозрачной пленке образубтся непрозрачные участки обратимого изображения соответствующего изображению на экране электронно-лучевой трубки. При обработки пленки двуокисью серы, находящейся в газообразном состоянии, проэкспонированные участки фотохромного материала остаются непрозрачными. После этого газ откачивается и камеру подается тепловое излучение, обращающее те обработанные газообразной двуокисью серы участки, которые были прозрачными во время экспонирования. Участки пленки, временно сделавшиеся не прозрачными под воздействием изображения, проявляющегося на экране электронно-лучевой трубки, постоянно фиксируются. В состав конструкции устройства входит камера для ввода пленки и камера для вывода пленки , связанные с вакуумной откачивающей системой. Выходящая из центральной камеры двуокись серы в газообразном состоянии засасывается вакуумной откачной системой и не попадает в атмосферу.

14.2.2. В основе фотохимических процессов лежит взаимодействие излучения с электронами вещества. Это преполагает наличие возможности управлять ходом фотохимической реакции воздействие электрического поля. Возможно, что природа недавно открытого фотоэлектрического эффекта обьясняется стимуляцией фотохромного эффекта электрическим полем. Эффект состоит в следующем: На тонкую прозрачную пластину керамики с включением железа, свинца лантана, цикония и титана, помещенную в постоянное электрическое поле, перпендикулярное ее поверхности, проектируют негативное изображение видимых и ультрафиолетовых лучах. При этом в пластине появляется видимое позитивное изображение здесь наблюдается интересная особенность: При изменении направления поля на обратное, изображение из позитивного становится негативным. Изображение устойчиво и стирается лишь при равномерном облучении ультрафиолетовыми лучами с одновременной переполюсовкой поля.

Американские специалисты открывшие этот эффект предполагают его использовать в утройствах для хранения визуальной информации.

Л И Т Е Р А Т У Р А

к 14.1.1. С.Ю.Лукьянов, Фотоэлементы, М-Л, 1968.

2. С.Таланский, Революция в оптике, М.,"Мир",1971.

3. А.В.Соколов, Оптические свойства металлов, М.,1961.

4. А.Н.Арсеньева-гейль,Внешний фотоэффект с полупровод

ников и диэлектриков, М.,1957.

5. Р.Бьюб,Фотопроводимость твердых тел,М.,1962.

6. С.М.Рывкин, Фотоэлктрические явления в полупровод

никах, М.,1963.

7. А.М.Васильев и др., Полупроводниковые преобразова

тели, М.,"Соврадио",1971. к 14.2.1. Г.С.Ландсберг,"Оптика", М.,"Наука",1976.

2. Б.Баршевский,Квантовооптические явления, М.,

"Высшая школа",1968.

3. Фотоферроэлектрический эффект,"Техника молодежи"-5,

1977.

15. ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ.

Люминесценцией называется излучение, избыточное над тепловым излучением тела, и имеющее длительность, прерывающую период световых колебаний. Люминесценция возникает при возбуждении вещества за счет притока энергии, и в отличии от других видов "холодного" свечения (например, излучение Вавилова-Черникова), продолжается в течении некоторого времени после прекращения возбуждения (1,2).

О продолжительности после свечения выделют флуоресценцию (менее 10 сек.) и фосборесценцию; последнее продолжается в заметный промежуток времени после снятия возбуждения (от 10 сек. до нескольких часов).

Способность люминесцировать обладает большая группа, газообразных, жидких и твердых веществ, как органических так и неорганических (люминофоров). Характер процесса люминесценции существенным образом зависит от агрегатного состояния вещества и типа возбуждения.

Люминофоры являются своеобразными преобразователями энергии из одного вида в другой; на входе это может быть энергия электромагнитного излучения, энергия ускореннго отока частиц, энергия химических реакций или механическая энергия, - любой вид энергии, кроме тепловой, - на выходе - световое излучение. Отдельные атомы и молекулы люминофора, поглощая один из этих видов энергии, возбуждаются, т.е. перходя на более высокие энергетические уровни по сравнению с павновесным состоянием, и затем самопроизвольно совершают обратный переход излучая избыток энергии ввиде света. Способ возбуждения лежит в основе классификации различных видов Люминесценции.

15.1. Люминесценции, возбуждаемая электромагнитным излучением.

15.1.1. Фотолюминесценция - свечение возникающее при поглощении люминофором ИК, видимого или УФ-излучения. Спектр поглощения и излучения люминофоров связаны правилом Стокса-Люмиаля, согласно которому максимум спектра излучения смещен по отношению к максимуму спектра поглощения в сторону длинных волн (например, при облучении ультрафиолетом люминофор излучает видимый свет).

А.с. 331 271: Способ контроля геометричности сварных изделий с помощью люминофора, при котором изделие направляют ультрафиолетовые лучи и судят о герметичности по свечению люминофора, отличающийся тем, что с целью повышения производительности путем осуществлениЯ контроля непосредственно в процессе сварки, люминоформную суспензию наносят на внутреннюю поверхность свариваемых деталей перед сваркой, а в качестве источника УФ-лучей используют сварочную дугу.

А.с. : Способ количественного определения горечи (кукурбитационов) в огурцах, включиющий взятие образцов экстрогирование спиртом и определение кукурбитационов, отличающееся тем, что с целью ускорения процесса, экстракт облучают ультрафиоетовым светом измеряют интенсивность вторичного свечения и количество кукурбитационов, определяют по показаниям прибора и калибровочному графику.

Наиболее широко фотоЛюминесценция применяется в лампах дневного света. В них свечение люминофора происходит под действием ультрафиолета, которым богато излучение газоразрядной части лампы ( в связи с наличием паров ртути).

15.1.2. Однако есть исключение из правила Стокса-Люмеля это так называемые, антистоксовские люминофоры, которые при возбуждении в ИК-области спектра излучают в видимой области.

Применение этих люминофоров связано с преобразованием ИКизлучения в видимое например, для визуализации излучения ИК-лазеров, для создания лазеров видимого диапазона с ИК-накачкой, а светодиодов.

15.1.3. РентгеноЛюминесценция. Специфика возбуждения рентгеновскими лучами, по сравнению с фотовзбуждением, состоит в том, что на люминофор воздействуют фотоны со значительно большей энергией. При этом свечение люминофора вызывается не непосредственым действием самих рентгеновских лучей, в воздействием электронов, выраваемых из основы люминофора рентгеновскими лучами. Вследствие этого ретгеноЛюминесценция имеет многие общие черты с катодоЛюминесценцией (3).

Основное применение - в экранах для рентгеноскопии и рентгенографии.

15.2. Люминесценция, возбуждаемая корпусным излучением.

15.2.1. КатодоЛюминесценция - возбуждается воздействием на люминофор потока электронов. Основное применение - визуализация электронного изображения на экранах телескопов телевизоров, осцилографов и других подобных приборов, а также электроннооптических преобразователей (3).

15.2.2. ИоноЛюминесценция - свечение возникающее при бомбардировке люминофора пучком ионов.

При ионоЛюминесценции, также как при катодоЛюминесценци, энергия возбуждения поглощается в тонком приповерхностном слое люминофора, поэтому здесь оказывает состояние поверхности, в частности, хемосороция различных газов (см."Сороция")(3,4).

15.2.3. РадиоЛюминесценция. Для создания самосветящихся красок постоянного действия, не нуждающихся в поточниках внешнего возбуждения, в люминофор вводят радиоактивные изотопы продукты распада которых (например, альфа и бетта частиц) возбуждают в нем свечение. Время в течении которого люминофор излучает свет, определяется периодом полураспада изотопа (десятки лет). РадиоЛюминесценция все более широко применяется в дозиметрии радиоактивных излучений (3).

15.3. Люминесценция, возбуждаемая электрическим полем (5).

15.3.1. ЭлектроЛюминесценция (эффект Дестрио). Многие кристаллические порошкообразные люминофоры, помещенные в конденсатор, питаемый переменным напряжением 100-220 В. с частотой 400-3000 Гц. начинают интенсивно Люминесцировать. Спектральный состав и интенсивность излучения существенно зависят от частоты возбуждения. Некоторые люминофоры излучают и при возбуждении постоянным электрическим полем (5).

А.с. 320710: Система для измерения распределения давления на поверхности модели летательного аппарата, содержащая чувствительный э.лемент, оптическое сканирующее устройство и фотоэлектрический регистратор, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности непрерывного измерения профиля давления на исследуемой поверхности вдоль заданной линии, в ней чувствительный элемент выполнен ввиде электролюминесцентного конденсатора, одна обкладка которого образована поверхностью металлической модели, а другая - прозрачным электропроводящим слоем, между которыми нанесен электролюминесциновый слой и слой диэлектрика, диэлектрическая проницаемость которого зависит от давления, например, слой эпоксидной смолы.

Основная область применения электролюминесценсии - индикаторные устройства, подсветка шкал, преобразователи изображения. Применение электролюминофоров считают перспективным для создания телевизионных экранов.

15.3.2. Инжекционная электролюминесценция (эффект Лосева). Свечение возникает под действием зарядов, инжектируемых в полупроводниковые кристаллы. При пропускании тока через полупроводниковый диод в области перехода инжектируются избыточные носители тока (электроны и дырки), рекомендация которых сопровождается оптическим излучением (3).

Широкое применение основанных на этом эффекте светодиодов обусловленно следующими их особенностями: высокая надежность (срок службы 10 в шестой степени часов), малое энергопотребление (1,5-30 В, 10 мА), малая инерционность (10 в минус девятой степени сек.), высокая яркость свечения в зеленой, красной и инфракрасной областях спектра.

А.с. 245 892: Устройство для регистрации электрических сигналов на фотопленку, содержащее источник электрических сигналов, измерительный механизм и механизм протягивания пленки, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и упрощения конструкции, в нем измерительный механизм выполнен ввиде полупроводникового электролюминесцентного преобразователя, состоящего из кристалла полупроводника с широкой запрещенной зоной, содержащего p-n-переход и контакты с выводами, служащими для пропускания тока электролюминесценции и тока управления площадью свечения.

15.4. Люминесценция возбуждаемая за счет энергии химических реакций, называется хемилюсценцией (4). Этим видом люминесценции обьясняется свечение гнилушек, светлячков, многих глубоководных рыб.

Хемилюсценция использована фирмой "Ремингтон Армс" для создания лампы, в которой свечение возникает при воздействии кислорода воздуха на некоторые химически активные вещества.

15.4.1. Частным случаем хемилюсценции является радиокалолюминесценция - излучение вещества-катализатора при адсорбции и рекомендации на его поверхность свободных атомов или радикалов в молекулы (см."Сорбция")

США патент 3 659 100: Способ анализа загрязнения атмосферы окисями азота и серы основанный люминесценции между люминофором и перикисью водорода. В качестве люминофора используется 5-амино-2,3 дигидро-4-фтолозин-диол.

15.4.2. Если источником радикала служит пламя, то свечение называют кандолюминесценцией. Для возникновения кандолюминесценции необходим контакт пламени с люминофором, при этом он не должен сильно нагреваться.

15.5. Источником возбуждения люминесценции может служить и механическая энергия. Такой процесс называют механо или триболюминесценцией. Чаще всего возникает при трении или ударе двух тел, сопровождающихся их разрушением (так сахар при раскалывании иногда светится)

А.с. 275 497: Способ излучения структурных превращений полимерных материалов по интенсивности и характеру люминесценции, отличающийся тем,что с целью упрощения и повышения точности, оценивают интенсивность и характер механолюминесценции, возбуждаемой при механической деформации и разрушении полимерных материалов.

15.6. Радиотермолюминесценция (РТЛ). Оказалось, что если сильно охлажденный образец вещества преварительно облученный гамма-лучами, альфа-частицами или электронами, постепенно нагревать, то он начинает интенсивно светиться.Практически все вещества могут таким образом "накапливать" в себе свет и долго сохранять его. И лишь при нагреве свет как бы "оттаивает", начинается рекомбинация "замороженных" электронов, сопровождаемая световым излучением. Цвет свечения постепенно меняется, изменяется также и его интенсивность. При этом пики интенсивности соответствуют температурам структурных переходов, что особенно заметно у различных полимеров. Даже незначительные изменения структуры вещества: повышение степени кристалличности, изменение взаимного расположения макромолекул, существенно влияют на характер свечения. РТЛ весьма чувствительна к механическим напряжениям в полимере. (см.18.7).

Все это позволило создать на основе РТЛ простые и точные методики анализа структуры, излучения степени однородности смесей, исследования деформационных свойств и других характеристик полимеров, причем для анализа достаточно образца весов в сотые доли милиграмма.

15.7. Интересной особенностью люминесценции, возбуждаемой каким-либо источником энергии, является усиление свечения при воздействии другого источника энергии. Происходит так называемая стимуляция люминесценции. Стимулирующие воздействия могут оказывать изменения температуры, видимое, ИК и УФ-излучение, электрическое поле, присутствие некоторых газов и т.д. Стимуляция люминесценции электрическим полем называется эффектом Гуддена-Поля. (6).

А.с. 286 100: Способ получения изображения, состоящий в том, что люминесценный экран равномерно облучают ультрафиолетовым светом, проектируют на экран изображение в инфракрасном свете, фиксируют свечение экрана на светочувствительном материале, отличающийся тем, что с целью расширения области чувствительности, одновременно с облучением ультрафиолетовым светом прикладывают к экрану электрическое поле, и после проектирования изображения подают переменное напряжение на экран, причем люминофор, из которого изготовлен экран, должен обладать эффектом Гуддена-Поля.

15.8. Факторы, стимулирующие люминесценцию, при определенных условиях могут дать обратный эффект, т.е. уменьшить интенсивность свечения или совсем прекратить его. Это явление называют уменьшением люминесценции. Повышение температуры, изменение влажности, ИК-облучение, электрическое поле, изменение внешнего давления, наличие некоторых газов - все эти факторы могут привести к тушению люминесценции. Так, например, присутствие кислорода, бензохинона или йода уменьшает интенсивность фотолюминесценции, в тоже время как присутствие молекул воды увеличивает ее; наличие электрического поля, перпендикулярного поверхности люминофора, тушит радикалолюминесценцию, изменение же направления поля на обратное усиливает свечение (3),(4).

А.с. 510 186: Способ выделения жизнесопособных семян растений, включающий отбор семян по люминесценции, отличающийся тем, что с целью сохранения целостности семян, их обрабатывают ослабляющими люминесценцию веществами, выбранными из группы, включающей и с последующим отбором семян, имеющих пониженную интенсивность свечения.

Великобритания, акц. заявка 1 327 839: Прибор для непрерывного определения концентрации кислорода или кислородосодержащих соединений в потоке газа. Определение осоновано на способности указанных веществ гасить фотолюминесценцию, например, плена или овалена.

15.9. Поляризация люминесценции. Излучение люминесценции при некоторых условиях может быть поляризованным (обычно это линейная поляризация, очень редко - циркулярная). (см."Поляризация", "Анизотропия и свет").

Для поляризации люминесценции необходимо, чтобы люминофор обладал либо собственной, либо наведенной анизотропией. Поляризованные люминофоры получаются при механических растяжениях полимерных пленок, "Пропитанных" анизотропными люминосцензирующими молекулами. Искуственную ориентацию таких молекул можно вызвать также с помощью сильных электричеких и магнитных полей или же в потоке жидкости (аналогично эффекту Маховелла). В случае фотолюминесценции ее поляризация обнаруживается при возбуждении поляризованным светом.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Люминесценция, в книге "Физический энцеклопидический сло

варь" т.3,М.,1963.

2. С.И.Вавилов, О "горячем" и "холодном" свете,

М., "Знание",1959.

3. В.А.Соколов, А.Н.Горбань, Люминесценция и адсорбция, М.,

"Наука",1963.

4. Неорганические люминофоры, Л.,"Химия", 1975.

5. И.К.Верищагин, Электролюминесценция кристалов, М., "Наука",

1974.

6. П.Ребань, Люминесценциям издание Тартусского университета,

1968.

7. А.с. 179072, 180859, 181823, 186366, 187080, 227805,

232500, 232548, 234710, 256332, 257052, 274486, 276495,

280979, 288482, 340966, 512452, 525910, 526072.

США патенты 3261979, 3561271, 3562525, 3566114.

16. АНИЗОТРОПИЯ И СВЕТ.

Превращение естественного света в поляризованный и изменение типа поляризации (см."Поляризация") при различных оптических явлениях почти всегда связаны с оптической анизотропией вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным направлениям. Оптическая анизотропия является следствием анизотропии структуры и вещества. Создавать или менять анизотропию структуры и вещества можно воздействием самых различных факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим и обьясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на поляризацию светового излучения.

В ряде таких эффектов поляризация света происходит без дополнительного воздействия на вещество. Так, например, естественный свет, отраженный под углом Брюстера, полностью линейно поляризованный (см."Отражение и преломление"), а правоциркулярно-поляризованный свет при перпендикулярном отражении от стеклянной пластинки превращается в левоциркулярно-поляризованный.

16.1. На границе анизотропных прозрачных тел (в первую очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т. е. расцепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распространения в среде обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизотропии". Так его коэффицент преломления изменяется с направлением, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.

Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах. В случае двуосных кристаллов картина расщепления несколько сложнее (1-3,6,7,).

Эффект двойного преломления положен Николем в основу изобретенной им поляризационной призмы. Он использовал различие показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, создав для одного из них условия полного внутреннего отражения, после которого этот луч, изменив свое направление, поглощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч полного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на выходе призмы получается полностью линейно-поляризованный свет.

16.2. Механо-оптические явления.

Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возникновению оптической анизотропии под действием механических сил.

16.2.1. Фотоупругость - так называется возникновение в изотропных прозрачных твердых телах оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления под действием механических нагрузок, создающих в твердых телах деформации.

При пропускании луча света через такое , пре, тело возникает два луча и различной поляризации,интерференция между которыми приводит к образованию интерференционной картины, вид кот позволяет судить о величинах и распределении напряжений в теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку оптичеспия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотропной структуры вещества, то эффект фотоупругости позволяет визуализировать как упругие деформации, так и остаточные, а это значит , что о деформациях и нагрузках можно судить и после снятия этих нагрузок.

Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в веществах , уже обладающие анизотропией свойства. При этом изменяется характер анизотропии: например, в одноосном кристалле может возникнуть двойное преломление в направлении его оптической оси,вдоль которой он первоначально изотропен.

Эффект фотоупругости - один из самых тонких методов изучения структуры и внутренних напряжений в твердых телах (4)

А.С. N.249025: Способ оценки распределения контактных напряжений по величине деформации пластичной прокладки, располагаемой в зоне контакта между соприкасающимися поверхностями, отличающийся тем,что с целью повышения точности,в качестве пластичной прокладки используют пленку из оптически чувствительного материала, которую затем просвечивают поляризованным светом в направлении действия контактных сил и по картине полос судят о распределении контактных напряжений.

А.С. N.226811

Франция,заявка N.2189705

Япония,заявка N.49-16676.

США. патент N.3800594

16.2.2. Э ф ф е к т М а к с в е л л а .

Так называют возникновение оптической анизотропии (двойного лучепреломления) в потоке жидкости. Этот эффект обусловлен двумя причинами: преимущественно ориентации частиц жидкости или растворенного в ней вещества (полной ориентации мешает броуновское движение)и их деформацией, которые возникают под действием гидродинамических сил при относительном смещении прилежащих слоев жидкости, т.е. при наличии градиента скорости по сечению потока.В основном возникновение градиента скоростей в потоке определяется тормозящим воздействием стенок (например,трубы). Относительная роль ориентации и деформации частиц различна в различных жидкостях и зависит от свойств и структуры молекул: в случае длинных анизотропных частиц и молекул основную роль играет ориентация, для глобулярных изотропных - больший вклад дает информация,т.к. ориентация таких частиц в потоке незначительна.По сути дела,эффект Максвелла - это вариант эффекта фотоупругости для жидкостей. Отсутствие в жидкости напряжений упругой деформации компенсируется ее "динамизацией" ,приведением ее в движение,что создает деформацию отдельных молекул.

Величина эффекта Максвелла зависит, в частности от формы и размеров частиц,что позволяет использовать его для измерения этих величин. (5)

Практическое применение эффекта в основном лежит, в области тонких иследований фиологических объектов,таких,как определение размеров ряда вирусов,изучение структуры многих белковых молекул и др.

16.3. Электрооптические явления.

Так называют явления связанные прохождением света через среды, помещенные в электрическом поле.

16.3.1. Электрооптический эффект Керра.

Многие изотропные вещества, помещенные в электрическое поле, приобретают свойства одноосных кристаллов, т.е. обнаруживают оптическую анизотропию, приводящую к двойному лучепреломлению света, проходящего через вещество перендикулярно направлению поля. При этом величина двойного лучепреломления пропорциональна квадрату напряженности поля и ее знак не меняется при изменении направления поля на обратное. (другие названия эффекта: квадратичный электрооптический эффект, поперечный эл. опт. эффект).

Величина эффекта зависит от вещества, его температуры и длины волны света. В газах эффект Керра мал, а в жидкостях его величина гораздо больше. Аномально сильно он проявляется в нитробензоле и подобных ему жидкостях.

Наиболее часто указанный эффект реализуется в т.н.электрооптических затворах Керра. Прозрачную кювету с электродами для создания поля, заполненную нитробензолом, помещают между скрещенными поляризатором и анализатором таким образом, что направление поля составляет угол 45 градусов с их главными плоскостями поляризации. Если поле отсутствует, такое устройство не прозрачно для света. При наложении поля, линейно поляризованный свет при прохождении через кювету расцепляется на два перепендикулярно поляризованных луча, имеющих в пределах кюветы различные скорости распространения. При этом между ними возникает разность фаз, что приводит к эллиптической поляризации света, вышедшего из кюветы. При этом часть его проходит через анализатор. Затвор открыт (6). Высокая скорсть срабатывания такого затвора (10 в минус 11 степени сек.) обусловило его применением в исследованиях быстропротекающих процессов и для высокочастотной (до 10 в 9 степени Гц) модуляция оптических сигналов. Применение эффекта дает хорошие результаты и в том случае, когда требуется безинерционное пространственная модуляция света (отклонение луча, его расщепление и т.п.). Взаимосвязь через эффект Керра двух полей - электрического и оптического - позволяет применять его для дистанционного измерения электрических величин оптическими методами.

Еще два примера применения эффекта Керра:

А.с. 235 350: Оптическая система с управляемым фокусным расстоянием, отличающийся тем, что с целью безинерционного изменения фокусного расстояния она выполнена ввиде цилиндрического рабочего тела из вещества, обладающего электрооптическим эффектом, помещенного внутрь, например, шестипольного конденсатора, электрическое поле которого создает такое распределение показателя преломления в веществе рабочего тела, что падающий на его торец параллельный пучек света собирается в фокусе, положение которого на оси системы зависит от приложенного конденсатору напряжения.

А.с. 464 792: Устройство для измерения температуры содержащее источник света, пластины из матированного прозрачного материала, пространстве между которыми заполненно жидкостью с близким поастинам показателем преломления и различным по знаку или величине температурным коэффициентом показателя преломления, отличающееся тем, что с целью расширения диапазона измерений, в него введены, прозрачные электроды, выполненные, например, на основе пленок окиси олова, нанесенные снаружи на плстины, подключенные к истичнику питания, а в качестве жидкости заполняющей пространство между пластинами использован нитробензол.

Значительным квадратинным электрооптическим эффектом обладают и некоторые кристаллы (КТ Ват )

А.с. 497 547: Способ углового отклонения светового луча, преломленного на границе раздела двух сред путем изменения показателя преломления одной или обеих сред с использованием электрооптического эффекта, отличающийся тем, что с целью управления углом отклонения, достижения при малой инерционности и быстродействия плоско-поляризованный луч света направляют на крисчталлы, которые размещают в переменном по знаку и величине электростатическом поле т ориентируют таким образом, что главные оси сечений их оптических индикаторисс нормальными к лучу плоскостными совпадают с направлениями колебаний поляризованного света и изменяются на разные по знаку величины при наложении электростатического поля на оба кристалла.

Эффект Керра, вызванный электрическим полем световой волны называется высокочастотным. Он проявляется в том, что для мощного излучения показатель преломления жидкости зависит от интенсивности света т.е. среда становится нелинейной, что для интенсивных лазерных пучков приводит к самофокусировке (см. эффекты нелинейной оптики)(6).

16.3.2. ЭФФЕКТ ПОККЕЛЬСА.

Возникновение двойного лучепреломления в кристалле при наложении электрического поля в направлении распространения света называется эффектом Поккальса. При этом величина разности фаз расщепленных лучей пропорциональна первой степени напряженности поля (линейный электрооптический эффект, а также продольный электрооптический эффект). Наиболее ярко эффект реализуется в кристалле дигидрофосфата калия (КДР).

Эффект Поккельса по сравнению с эффектом Керра имеет меньшую зависимость от температуры. Применение этих эффектов аналогичны (затворы вращатели плоскости поляризации, индикаторы электрического поля, модуляторы света).

А.с. 440 606: Оптико-электронное устройство для измерения мощности, содержащее монохротический источник излучения, магнитооптическую ячейку Фарадея с поляризатором и анализатором, фотоприемник и усилитель с нагрузкой в выходной цепи, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательной цепочкой элементов состоящей из четвертьволновой пластины, электрооптической ячейки Поккельса и дополниельного анализатора, установленной между анализатором ячейки Фарадея и фотоприемником.

А.с. 398 153: Модулятор света, включающий в полупроводниковую структуру генерирующую в домены сильного поля, боковая поверхность или часть боковой поверхности, которая покрыта диэлектриком, отличающийся тем, что с целью расширения частотного диапазона модулируемого излучения, уменьшение потерь и увеличение коэффициента модуляции, диэлектрическое покрытие выполнено из материала с константой электрооптического эффекта большей, чем у материала полупроводниковой структуры.

16.4. Магнитооптические явления.

К ним относят группу явлений, связанных с прохождением электромагнитного излучения через вещества помещенные в магнитном поле.

16.4.1. Эффект Фарадея.

Если линейно-поляризованный свет проходит через вещество помещенное в магнитное поле, вектор напряженности которого совпадает с напряжением распространения света, то плоскость поляризации света поварачивается на некоторый угол. Этот угол пропорционален длине пути света в веществе и напряженности поля, и обратно пропорционален квадрату длины волны. Зависит он от свойств вещества. Так, он сильно изменяется вблизи линий поглощения данного вещества. особенно сильный эффект наблюдается в тонких прозрачных пленках железа, никеля и кобальта. При прохождении света в прямом и обратном направлении углы поворота вследствии эффекта Фарадея не компенсируются, а суммируются, в отличии от естественного вращения поляризации в некоторых веществах. Диамагнетики в магнитном поле всегда обнаруживают положительное вращения (т.е. вращение по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля), пара и ферромагнетики - отрицательные.

А.с. 491 916: Позиционно-чувствительный датчик с магнитооптической модуляцией, содержащий поляризатор, анализатор и ячейку Фарадея, отличающийся тем, что с целью повышения чевствительности, магнитооптический активный элемент ячейки Фарадея выполнен из составных двух частей, например, призм с противоположным по знаку постоянными Верде, расположенных в симметрично относительно оптической оси системы.

Природа эффекта обьясняется различным влиянием магнитного поля на скорость распространения в веществе првоциркулярно и левоциркулярно поляризованных световых волн, в результате чего между ними накапливается разность фаз, приводящая при их сложении к возникновению волн с повернутой плоскостью поляризации (8).

Как обычно, возможные применения вытекают из физической сущности эффекта;управление поворотом плоскости поляризации с помощью магнитного поля или же измерение магнитных полей по углу поворота плоскости поляризации.

А.с. 412 698: Оптический квантовый генератор, содержащий задающи генератор, оптический квантовый усилитель и установленные между ними согласующее устройство, отличающеесятем, что с целью улучшения однородности пучка без уменьшения его мощности, согласующее устройство выполнено ввиде расположенного между двумя поляризаторами элемента, обладающего измеряющейся по радиусу вращательной способностью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестые названного элемента использован вращатель Фарадея, выполненный ввиде цилиндра из свинцового стекла установленного в соленоиде.

А.с. 479 147: Устройство магнитооптического воспроизведения информации с магнитного носителя, содержащее источник плоскополяризованного света, анализатор, фотоприемник и магнитную головку, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности, его магнитная головка снабжена магнитооптическим кристаллом установленным на участке заднего зазора, расположенным на одной линии между источником плоскополяризованного света и анализатором пучка этого света.

Часто эффект Фарадея используют для создания невзаимных элевентов т.е. устройств, пропускающих излучение только в определенном направлении (6).

Оптический вентель состоит из двух поляризаторов, скрещенных под углом 45 градусов и элемента Фарадея, помещенного между ними. Элемент расчитан так, что вращая плоскость поляризации света на 45 градусов, и свет проходит через второй поляризатор. Луч, идущий в обратном направлении, вращается в ту же сторону, что и прямой луч и оказывается повернутым на 90 градусов относительно первого поляризатора, и значит не пропускается им. В частноссти такие вентили используют в лазерах бегущей волны и и в оптических усилителях.

В СВЧ-технике для создания вентилей, фазовращателей и циркуляторов широко исполуют эффект Фарадея на ферритах, которые практически прозрачны для электромагнитных волн этого диапазона (дици-санти и миллиметровые радиоволны).

16.4.2. Существует и так называемый обратный эффект Фарадея - возникновение в среде магнитного поля под действием мощного циркулярнополяризованного света, вызывающего циркулярное движение электронов (1).

16.4.3. Частным случаем эффекта Фарадея является магнитооптический эффект Керра - при отражении под любым углом, в том числе и по нормали к поверхности, линейнополяризованного света от намагниченного ферромагнитика возникает элептическиполяризованный свет. Фактически, магнитооптический эффект Керра это вращение плоскости поляризации части излучания в тонком поверхностном слое ферромагнитика в магнитном поле.

Магнитооптическая установка для автоматической записи магнитных характеристик ферромагнетика, в которой использование магнитооптического эффекта Керра позволяет снимать кривые намагничивания и дистеризиса на учатках поверхности размером 1 мк2. (приборы и техника эксперимента, 1973,нр-5, стр. 215-217)

16.4.4. При распространении света в веществе перпендикулярно магнитному полю возникает двойное лучепреломление, величина которого пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля. (ээфект Коттона-Муттона).

Наложение сильного магнитного поля ориентирует хаотически расположенные молекулы (если последние имеют постоянный магнитный момент), что и приводит к оптической анизотропии. Этот эффект много слабее, чем электрооптических эффект Керра, а в технике применяется редко.

Механизм всех магнитооптических явлений тесно связан с механизмом прямого и обращенного эффекта Зеемана.

16.4.5. Прямой (обращенный) эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральных линий испускаемого (поглощаемого) излучения под действием магнитного поля на излучающее (поглощающее)вещество. При этом неполяризованное излучение с частотой направления поля расщепляется на два компанета (линии) с частотами и , первая из которых поляризована по левому кругу, а вторая по правому. В направлении же перпендикулярном поля расщепление имеет такой характер: имеется при линейном-поляризованные компоненты с чатотамти.

Крайние компоненты поляризованны перпендикулярно магнитному полю средние же, с неизхменной частотой поляризованна вдоль поля и по интенсивности вдвое привосходит соседние. Величина смещения частоты пропорциональна индукции магнитного поля. Эффект Зеемана обусловлен расщеплением в магнитном поле энергетических уровней атомов или молекул на подурони, между которыми возможны квантовые переходы.

ФРГ патент 1 287 836: Кольцевой лазер для определения скорости вращения имеет трубу и отражательные зеркала, которые создают замкнутый оптический контур, включающий ось лазера, а также средства с помощью которых световые лучи обособляются и накладываются, циркулируя в оптическом контуре в противоположных направлениях. Лазер отличается тем, что предусмотрено устройство служащее для воздействия на трубу лазера осевого магнитного поля таким образом, что в соответствие с эффектом Зеемана, создается два луча с противоположной круговой поляризацией. Предусмотрено устройство, которое обеспечивает поступательное движение только одного такого луча в каждом направлении вдоль оптического контура.

США патент 3 796 499: Аппарат предназначен для реализации способа определения концентрации парамагнитного материала в газовой смеси. Образец смеси подвергают воздействию магнитного поля средней напряженности и освещают лазерным излучением постоянной частоты. Магнитное поле энергетическими уровнями в парамагнитном материале до величины, соответствующей условию резонансас лазерным излучением. Для количественной корреляции вариации интенсивности лазерного излучения, проходящего через смесь, как функция напряженности магнитного поля используют стандартные процедуры детектирования. В случае окиси азота способ достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать концентрации, значительно меньше, чем одна часть на миллион.

В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по сути дела, обусловлен обращенным эффектом Зеемана. Им же обьсняется избирательное поглощение радиоволн парамагнитными телами, помещенными в магнитное поле (см. "Электронный парамагнитный резонанс") (1,6,7,9).

16.5.Существует ряд явлений,при которых оптическая анизотропия в среде вызывается воздействием из нее энергии светового излучения.Кним относится эффект фотодихроизма,а также поляризация люминесценции.

16.5.1. Дихроизм - это зависимость величины поглощения телами света от его поляризации.Это свойство,в той или иной мере,присуще всем поглощающим свет веществам,обладающим анизотропной структурой.Классический пример такого вещества кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и, кроме того очень сильно поглощает обыкновенный луч.Поэтому даже из тонкой пластины турмалина естественный свет выходит линейно-поляризованным.Дихроизм обнаруживает не только кристаллы но и многочисленные некристаллические тела,обладающие естественной или искуственно созданной анизотропией (молекулярные кристаллы,растянутые полимерные пленки,жидкости,ориентированные в потоке и т.д.).

Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в изотропной среде под действием на эту среду поляризованного света. Свет вызывает фотохимические превращания молекул вещества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляризованный свет преимущественно взаимодействует с молекулами определе ориентации ,что и приводит к появлению анизотропии поглощения (1)

16.5.2. Естественная оптическая активность.Кроме сред с линейным дихроизмом (т.е. с различным поглощением света,обладающего различной линейной поляризацией) существуют среды,обладающие циркулярным дихроизмом,по разному пог правоциркулярнои левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным дихроизмом как правило обладают вещества с естейственной оптической активностью

Естественной оптической активностью называют способность вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через него света. Величугла поворота зависит от длины волны света т. е. имеет место вращательная дисперсия. Кроме того, этот угол пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и концентрации.

Явление естественной оптической активности используется при определении концентраций различных растворов сахариметрии.

Естественная оптическая активность объясняется явлением двойного цирулирного лучепреломления,т.е. расщеплением света на две циркулярно-поляризованные компоненты-левую и правую. (следует отметить,что эффект Фарадея объясняется возникновением циркулярного преломления в магнитном поле).Направление вращения плоскости поляризации при естественной оптич. (левостороннее или правостороннее) зависят от пироды вещества. Это связано с существованием веществ в двух зеркальных формах-левой и правой (свойство ассиметрии)(1),(2),(5).

16.6. Поляризация при рассеивании света.

Рассеяный на неоднородных средах естественный свет в некоторых направлениях является линейно-поляризованным и, наоборот, линейно-поляризованный свет в некоторых направлениях не рассеивается). В основе этого явления (как и при поляризации света, отраженного под углом Брюстера) лежит природа самой электромагнитной поперечной световой волны (см."Поляризация"), а вовсе не анизотропия и ориентация молекул, что лишь препятствует полной поляризации рассеивания света.

Поляризация при рассеивании - единственный метод поляризации рентгеновского излучения (1).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Н.Д.Жевандров. Анизотропия и оптика. М., "Наука",1974

2. Г.С.Ландсберг, Оптика. М., "Наука", 1976

3. У.Шерклиф, Поляризованный свет. М., "Мир",1965

4. М.Фрахт, Фотоупругость,т.1-2. М.,1950

5. А.Вайсбергер, Физические методы в органической химии, пер.

с англ. т.5, М., 1957

6. Квантовая электроника, изд. "Советская энциклопедия",

М.,1969

7. Р.Дитчберн,Физическая оптика, пер. с англ.,М.,1965

8. Г.Иос,Курс теоретической физики, "Учпедгиз", М.,1963

9. М.Борн, Атомная физика, пер. с англ., М.,1965

10. А.с. 154680, 178905, 243872, 268819, 391672, 416595,

474724

США патенты 3588214, 3558215, 3558415, 3588223, 3811778

Великобритания, заявка 1354509

ФРГ заявка 2333242

Франция, заявка 22099357

17. ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ.

До сих пор мы рассматривали оптические явления в предположении, что интенсивность (вт. см2) световой волны никак не влияет на физику явления. Так оно и было до тех пор, пока в оптике оперировали со световыми волнами, напряженность электрического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению с внутренним электрическим полем (10 в девятой степени в/см), определяющим силы связи оптического электрона с ядром атома. Однако, с появлением лазеров, опыта со световыми пучками, интенсивность которых достигает NNNNN вт.см2,(электрическое поле световой волны соизмерно с внутриатомным, показали, что существует сильная зависимость характера оптических эффектов при достижении некоторых пороговых знаний интенсивности.

Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсивности излучения называют нелинейными. Далее мы приведем некоторые из них.

17.1. Вынужденное рассеяние света.

Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепловыми движениями молекул (тепловые акустичекие волны), рассеивают световую волну и модулируют ее по частоте, при этом возникают сателлиты с частотами, равными сумме и разности частот световой волны и тепловых акустичеких колебаний (спонтанное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интенсивности сателлитов интенсивности падающего излучения составляет лишь 10 в минус шестой степени.

При увеличении интенсивности падающего излучения выше порогового значения происходит следующее. Под действием электрического тока из-за явления электрострикации возникают импульсы избыточного давления, достигающие в поле лазерного луча дес. тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (гипарзвук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления по закону бегущей волны. Эти изменения показателя преломления образуют в среде как бы дифракционную решетку, на которой и происходит рассеяние световой волны. При этом интенсивность сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей волны, а количество их возрастает. Описанный эффект называется вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

При достаточно больших интенсивностях падающего излучения нелинейная среда стать может генератором звука со световой накачкой. С помощью лазеров удается возбуждать мощные (до 10 квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых телах.

Свой нелинейный аналог и комбинационное рассеяние (см."Поглощение и рассеяние"). При вынужденном комбинационном рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде когерентные колебания молекул, на которых и происходит его рассеяние с образованием суммарных и разностных сателлитов. Частота наиболее мощного из них меньше частотоы падающего света на частоту молекулярных колебаний.

Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со сжатым водородом, когда интенсивность достигает пороговой величины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассеянном излучении настолько возрастает и их интенсивность настолько высока, что, луч, выходящий из газа, из красного становится белым. Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях, например, в нитробензоле. Особенность здесь в том, что рассеянные компоненты с различной длиной волны пространственно разделены и образуют на экране цветные кольца.

Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основном, для последования структуры и свойств вещества, для изучения нелинейных процессов в средах. Используется также для накачки полупроводниковых ОКР, для управления параметрами твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобразователей частоты мощного когерентного света в ультрафиолетовой, видимой и особено инфракрасной областях спектра

17.2. Генерация оптических гармоник.

При рассеянии интенсивного лазерного излучения в жидкостях и кристаллах, помимо описанных выше боковых спектральных компонент, обнаруживаются компоненты с частотами, в точности кратными частоте падающего излучения (двухкратными, трехкратными и т.д.), называемые оптическими гармониками. В некоторых кристаллах эти гармоники могут составлять до 50% рассеянного излучения. Таким образом, если направить красное излучение рубинового лазера (0,69 мкм) на кристалл дигидросфата калия, то на выходе можно получить невидимое ультрафиолетовое излучение (0,345 мкм).

17.3. Параметрическая генерация света.

Поместим нелинейный кристалл в оптический резонатор и направим на него мощное световое излучение накачки. Одновременно подадим на кристалл два слабых излучения с чатотами, сумма которых равна частоте излучения накачки. При этом в кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых волн, частота которых равна частотам этих двух слабых излучений. В действительности же, кроме волны накачки, нет необходимости ни в каких дополнительных излучениях, т.к. в кристалле всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с соответствующими частотами. Существенным является то, что при повороте кристалла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно перестраиваться, в сумме оставаясь равными частоте волны накачки. Это позволяет создавать оптические преобразователи, квантовые усилители и генераторы, плавно перекрывающие широкий диапазон излучений от видимого до далекого инфракрасного при фиксированной частоте накачки.

ФРГ патент 1 287 229: Преобразователь частоты содержит неинейный электрооптический двоякопреломляющий кристалл, через который когерентный входной световой сигнал пропускается под таким углом к оптичекой оси кристалла, что внутри кристалла возникают два колебания с другими частотами. Эти колебания согласованы между собой и в кристалле модулируются или регулируются по фазе одновременно.

Нелинейный кристалл расположен внутри оптического резонатора и подвергается не только электрооптической модуляции, но и регулировке по температуре с целью подстройки частоты.

17.4. Эффект насыщения.

Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной линии поглощения (или вынужденного излучения) при увеличении мощности падающего на вещество внешнего электромагнитного излучения. Причиной эффекта насыщения является выравнивание населенности двух уровней энергии, между которыми под действием излучения происходят вынужденные квантовые переходы "вверх" (поглощение) и "вниз" (вынужденное излучение). В случае поглощения при этом уменьшается доля мощности излучения, поглощенного веществом. Абсолютная величина поглощаемой мощности при этом, однако не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей эффект эффект насыщения приводит к уменьшению мощности вынужденного излучения, что ставит предел величине усиления в квантовых усилителях.

Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной технике, где он используется для модуляции добротности оптических резонаторов с помощью просветляющихся под действием мощного излучения светофильтров. Кроме того, эффект насыщения используется для создания инверсии населенностей в трехуровневых квантовых системах.

17.5. Многофотонное поглощение.

Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для слабого светового поля, прозрачной для сильного, то для оптически прозрачных сред может иметь место обратная ситуация. Здесь интенсивное излучение может поглощаться гораздо сильнее чем слабое. Некая аналогия фотохромному эффекту, однако механизм совершенно иной. Он состоит в том, что при больших плотностях излучения и элементарном акте взаимодействия света с веществом могут одновременно поглощаться два или несколько фотонов, сумма энергий которых равна энергии перехода.

Эффект многофотонного поглощения используется, в основном, в так называемой многофотонной спектроскопии, дающей дополнительную информацию о строении вещества, недоступную для обычной спектроскопии.

17.5.1. Многофотонный фотоэффект.

Эффект состоит в том, что при высокой интенсивности светового поля ионизация атомов может производить под воздействием излучения, для которого энергия кванта меньше энергии ионизации. Это обьясняется тем, что происходит одновременное поглощение нескольких фотонов, сумма энергий которых больше энергии ионизации атомов. Здесь просматривается некая анология с антистоксовской люминесценцией (см."Люминесценция"). Следует отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта величина тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату мощности лазерного излучения.

17.6. Эффект самофокусировки.

Известно, что первоначально параллельный пучок света по мере рапространения в среде (включая и вакуум) расплывается за счет дифракционных явлений. Это справедливо при малых интенсивностях света, пока еще среда остается линейной. с увеличением мощности светового пучка его расходимость начинает уменьшаться. При некоторой критической мощности пучок может распространяться, вообще не испытывая расходимости (режим самоканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расстоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Происходит пройесс самофокусировки. Это расстояние, называемое эффективной длиной самофокусировки, обратно пропорционально квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от его диаметра и оптических свойств среды. Открытие эффекта самофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).

Физические причины этого эффекта заключаются в изменении показателя преломления среды в сильном световом поле. В это изменение вносит свой вклад также эффекты, как электрострикция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления среды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффектов, среда в зоне пучка становится оптически неоднородной; показатель преломления среды определяется теперь распределением интенсивности световой волны. Это приводит к явлению нелинейной рефракции, т.е. переферийные лучи пучка отклоняются к его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом нелинейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной расходимостью. При взаимной компенсации этих процессов и наступает самоканализация, переходящая в самофокусировку при привышении критической мощности пучка. Процесс самофокусировки выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обладает "лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличение интенсивности в некотором участке светового пучка приводит к концентрации лучей в этой области, а следовательно и к дополнительному возрастанию интенсивности, что усиливает нелинейную рефракцию и т.д.

Отметим, что критические мощности самофокусировки относительно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сортов оптического стекла - 1 вт), что создает реальные предпосылки использования описанного эффекта для передачи энергии на значительные расстояния.

Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных лазеров в органических жидкостях пучок после "охлопывания" распространяется не ввиде одного пучка, а распадается на множество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени сек.) узких (мкм) областей очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная среда работает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояниями, и быстрое движение фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой степени м/сек.) в сочетании с аберрациями "нелинейной линзы" может создать длинные и тонкие световые каналы.

В нелинейной оптике уже обнаружено множество интереснейших эффектов. Кроме описанных выше, к ним относятся такие эффекты как оптическое детектирование, гетеродинирование света, пробой газов мощным излучением с образованием т.н. "лазерной искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в научных исследованиях, но и в промышленности. Так например, светогидравлический удар (см."Гидравлические удары") применяется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки и т.д., что наиболее себя оправдывает в производстве микроэлектроники, в условиях особо чистых поверхностей.

17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)

Эффект заключается в том, что при пропускании мощного лазерного излучения через жидкость в ней возникают акустические волны с высоким давлением, достигающим миллиона атмосфер, сопровождающиеся вспышкой белого света и выбросом жмдкости на значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи удара, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной теории эффекта еще нет, однако уже ясно, что это целый комплекс явлений. Здесь и самофокусировка, увеличивающая интенсивность световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение, связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света образующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и затем к авитации в жидкости. Предварительная фокусировка лазерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значительно усиливают проявления эффекта.

17.8. Нелинейная оптика.

Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся наука. Многообразие ее эффектов далеко не исчерпано известными ныне. Так, совсем недавно были предсказания теоретически гистеризисные скачки отражения и преломления на границе нелинейной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики. (Данных об эксперементальном подтверждении их существования пока нет.)

Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими значениями диэлектрической проницаемости, одна из которых нелинейна, падает пучок мощного светового излучения, то при изменении интенсивности излучения (угол падения фиксирования), когда она достигает определенного значения, может произойти скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при обратном изменении интенсивности скачок от ПВО к прохождению произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки могут наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано значение интенсивности.

Если существование этих эффектов подтвердится, то они могут быть широко использованы для исследования нелинейных свойств веществаи в лазерной технике. Так, например, гистеризисная оптическая ячейка может служить идеальным затвором в лазере при генерации гигантских импульсов, т.к. в режиме ПВО практически не поглощает энергии; с помощью гистерезисных эффектов можно будет с большой точностью измерять интенсивность излучения, фиксируя скачки и т.д.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советс

кая энциклопедия, М., 1966.

2. Н.Бломберген, Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966

3. М.Шуберт, В.Вильгельми, Введение в нелинейную оптику пер. с

нем. "Мир", М., 1973.

4. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер, Прикладная нелинейная оптика, пер.

с англ., "Мир", М., 1976

5. Ю.П.Конюшая, Открытия и начно-техническая революция, "Мос

ковский рабочий", М., 1974

6. Г.А.Аскарьян, ЖЭТФ, 42, 1567, 1962

7. А.Ю.Каплан, Письма в ЖЭТФ, 9, 58, 1969

8. А.К.Каплан, Письма в ЖЭТФ, том 24, вып. 3, 1976

18. ЯВЛЕНИЯ МИКРОМИРА.

18.1. Радиоактивность.

Под радиоактивностью обычно понимают самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного вещества в изотопы другого; при этом происходит испускание элементарных частиц и жесткого электромагнитного излучения. Различают естественную и искуственную радиоактивность. Процессы, происходящие при естественной радиоактивности позволяют судить о структуре и свойствах радиоактивных веществ.В настоящее время все большее значение получают процессы,связанные с искуственной радиоактивностью.Практически все вещества имеют радиоактивные изотопы, поэтому, не изменяя химического строения вещества можно его пометить, сделав часть ядер радиоактивными. Это позволяет с большей точностью следить за перемещением этого вещества или изучать его внутреннюю структуру.

А.с. 234 740: Способ определения концентрации пылевых частиц с осаждением этих частиц в осадительном устройстве, отличающийся тем, что с целью расширения диапазонав измерения, в исследуемый газ добавляют радиоактивный газ, например, радон, а после осаждения частиц определяют их радиоактивность по величчине которой судят о концентрации пылевых частиц в газе.

А.с. 242 324: Способ ускоренного определения годности защитно-моющих и лекарственных веществ наружного применения, при котором на кожу наносят слой исследуемого вещества, отличающийся тем, что с целью определения времени проникновения вещества сквозь кожу и времени выполнения им барьерных функций, в исследуемое вещество предварительно вводят радиоизотопы, например, йода, фояфора или серы, и проводят радиометрические измерения исследуемого обьекта.

18.2. Рентгеновское и гамма излучения.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном, имеет ту же электромагнитную природу, что гамма излучение испускаемые ядрами атомов радиоактивных элементов, поэтому оба вида изучения подчиняются одинаковым закономерностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключения в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.

18.2.1. Рентгеновское излучение возникает либо при торможении заряженных частиц (электронов) высокой энергии в веществе (сплошной спектр) (см. 18.4.3. "Тормозное излучение"), либо при высоко-энергетических переходах внутри атома (линейчатый спектр). Недавно установлено, что рентгеновское излучение может также возникать в результате явления адгезолюминесценции, которыая наблюдается при очень быстром отрыве от гладкой поверхности липкой ленты. Такой быстрый отрыв может происходить, например, при быстром качени по металлической поверхности цилиндра, покрытого липкой лентой. В этом случае пленка и металлическая поверхность образуют как бы обкладки микроскопического конденсатора, напряженность поля в котором может достигать сотни тысяч электрон вольт. Электроны, разогнанные в миниконденсаторе, тормозятся, затем в веществе, испуская при этом рентгеновское излучение.

18.2.2. Рентгеновские лучи применяют для просвещения различных веществ с целью выявления скрытых эффектов. При деформации неподвижного микрокристалла, на рентгенограммах наблюдается размытие в определенных направлениях интерференционных пятен (явление астеризма). Появление астеризма обьясняется тем, что монокристалл в процессе деформации разбивается на отдельные участки (фрагменты) размером 1-0,1 мкм. С увеличением деформации монокристалла интерференционные пятна удлиняются. По направлению и степени растяжения пятна можно судить о колличестве размере и форме фрагмента и исследовать характер протекания деформации.

Из других областей применения рентгеновских лучей можно назвать:

- рентгеновскую дефектоскопию; занимающеся просвечиванием твердых тел с целью установления размера и места нахождения эффекта внутри материала;

- рентгеновскую спектроскопию рентгено-спектральный ана

лиз. Основная цель - исследование электронного строения

веществ по их рентгеновским спектрам. Области применения - исследования химического строения веществ, технологические процессы горнорудной и металлургической промышленности

- рентгеновскую микроскопию широко прменяющихся для исследования обьектов непрозрачных для видимого света и электронов (биология,медицина,минералогия,химия, металлургия).

А.с. 427 698: Способ измерения моментов инерции неоднородных, несвободных тел, заключающийся в поступательном перемещении исследуемого тела относительно пространственной оси, отличающийся тем, что с целью устранения влияния напряжения мускулатуры исследуемого, поперек оси перемещения исследуемого передвигают источник гамма излучения с детектором, регистрирующим интенсивность прошедшего через равные участки тела гамма излучения.

18.3. Взаимодействие рентгеновского и гамма излучения с веществом происходят посредством трех основных процессов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффекта), рассеяния и эффекта образования пар.

18.3.1. Фотоэффект. (см. так же 14.1.1.)

При фотоэффекте рентгеновский или гамма-квант передает всю энергию электрону атома. При этом, если электрон получает энергию, большую, чем энергияч связи его в атоме, то он вылетает из атома. Этот электрон называется фотоэлектроном. При потере атомами фотоэлектронов освободившиеся места в электронных оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внешних оболочек. Переход электронов на более близкую к ядру оболочку сопровождается испусканием кванта характреристического излучения, которое можно зарегистрировать, например, фотоэммульсией.

США патент 3 580 745: Способ и устройство для маркировки банок в контейнере путем облучения чувствительной эммульсией. Перед упаковкой с траспортировочной картонный контейнер, торец каждой банки покрывают чувствительной к облучению эммульсией. Банки, упакованные в контейнер облучают рентгеновскими или гамма- лучами. При этом, покрытие эммульсией торцы банок облучаются через экран с прорезями, имеющими форму маркировочных обозначений (например цены). Таким образом, маркировка упакованных в картонный контейнер банок осуществляется без вскрытия этого контейнера и последующей индивидуальной маркировки каждой банки.

При малых энергиях квантов (Е 0,5 Мэв) фотоэлектроны вылетают преимущественно в направлениях, перпендикулярных направлению распространения излучения. Чем выше энергия квантов, тем ближе к их первоначальному направлению движение выбрасываемых фотоэлектронов. Процесс образования фотоэлектронов приводит к ионизации облучаемого вещества, что находит большее применение для интенсификации различных технологических процессов.

А.с. 241 010: Способ получения политокарбонилфторида полимиризацией тиокарбонилфторида, отличающийся тем, что с целью упрощния процесса и получения более чистого полимера, полимиризацию осуществляют под действием гамма излучения Со 60.

А.с. 375 295: Способ получения алтилгалогенидов германия взаимодействия четырехгалоидного германия с триалкалгерманием при нагревании, отличающийся тем, что с целью увелечения выхода и чистоты целевого продукта, процесс ведут при гамма облучении.

18.3.2. Рассеяние рентгеновского и гамма излучения.

Различают два основных процесса рассеяния: комптновское или кекогерентное (камптон эффект) и корентное рассеяние.

При камптон-эффекте происходит упругое соударение первичного кванта со свободным электроном вещества. камптоновское рассеяние представляет собой взаимодействие кванта с электроном, при котором, в отличии от фотоэффекта, квант передает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоняясь при этом от своего первоначального направления в некоторый угол а электрон, получивший некоторое количество энергии, начинает двигаться под углом к напрвлению движения рентгеновского или гамма-кванта. В результате камптон-эффекта появляется рассеянный квант большей длиной волны, изменившей первоначальное направление, и электрон отдачи (камптоновский электрон), получивший часть энергии кванта. Камптоновские электроны характеризуются непрерывным спектром от ничтожномалых значений до максимальной величины (если они выбрасываются в направлении движения кванта).

18.3.3. В случае, если энергия кванта сравнима с энергией связи электрона в атоме, происходит когерентное рассеяние квантов. При этом, когда электромагнитная волна встречается с электроном, последний начинает колебаться с частотой этой волны и излучает: энергию ввиде рассеянной волны. Энергия кванта при этом не изменяется. Движение электронов в атоме взаимосвязано, поэтому излучение, рассеянное одним электроном, будет интерферировать с излучением, рассеяным другими электронами этого же атома. Рассеянные гамма кванты несут информацию о структуре облучаемого вещества, поэтому рассеянное излучение можно использовать для различных измериельных целей.

А.с. 120 675: Способ определния угла смачивания и поверхностного или межфазового натяжения непрозрачных систем при высоких температурах фотографирование контура, которое осуществляется в пучках мягких гамма лучей полученных от радиоактивных изотопов, например иридин, 192, тулия 170 или европия 154 или 156.

18.3.4. Эффект образования пар.

При взаимодействии с атомами ядра кванты рентгеновского и гамма излучения достаточно высокой энергии (не менее 1,02 Мэв) вызывают одновременное появление электронов и позитронов. Процесс образования электронно-позитронных пар происходит в поле атомного ядра или поле электрона. Позитрон существует лишь очень короткий промежуток времени; вслед за образованием пары наблюдается явление аннигиляции - исчезновение позитрона и какого либо электрона среды, сопровождаемое излучением двух квантов с энергией 0,51 Мэв.

18.4. Взаимодействие электронов с веществом.

Различают следующие виды взаимодествия: упругое и неупругое рассение электронов на атомных ядрах и электроных оболочек и торможение электронов в кулоновком поле атомных ядер.

18.4.1. Упругое рассеяние имеет место при таких столкновениях, при которых происходят лишь изменения направления движения сталкивающихся частиц, тогда как их общая энергия остается неизменной. Основную роль в россеянии электронов играет упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рассеиваются и на электронах атомных оболочек. Вследствии малой массы электронов они отклоняются на углы от 0 градусов до 180 градусов, причем на малые углы электроны отклоняются с большей вероятностью. При отклонении на ьольшие углы электроны несут информацию о строении вещества рассеивателя, что может быть использовано в различных измерительных приборах.

США патент 3 560 742: Портативное устройство для измерения обратно рассеянного фета-излучения предназначено для эффективных измерений толщины покрытия обрабатываемой детали. Устройство содержит зажим для монтажа постоянного зондирующего элемента. Этот зажим является составной частью устройств, регулирующих положение зондирующего элемента относительно обрабатываемой детали с тем, чтобы они контактировали друг с другом. В другом варианте выполнения изобретения, устройство содержит укосину, которая фиксирована относительно обрабатывающей детали. Зажим у укосина предназначен для удержания зондирующего элемента в плотном контакте с поверхностью обрабатываемой детали, т.е. в положении измерения толщины покрытия нанесенного на поверхность обрабатываемой детали.

18.4.2. Неупругое рассеяние элктронов происходит в основном в результате их сталкивания с орбитальными электронами. При столкновении электронов с электронами атомных оболочек часть энергии электронов передается связанному электрону атома. В зависимости от количества переданной энергии происходит возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и другом случае воздействующий электрон теряет свою энергию. Большая часть вторичных электронов обладает незначительно кинетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается испусканием характеристического излучения. Процесс неупругого рассеяния, посколько он сопровождается ионизацией может использоваться для интенсификации различных технологических процессов:

Патент СНГ 454 752: Способ приготовления пульпы из древесной цепи путем облучения древесной щепы с последующей варкой, отличающийся тем, что с целью повышения выхода пульпы и улучшения ее качества, облучение щепы производят электронами дозой не менее 1,0 Мрад.

Патент США 3 820 015: Устройство для измерения концентрации кислорода в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, содержит источник бетта-электронов, обладающих низким уровнем энергии для ионизации молекул кислорода. Указанный источник расположен во вторичном контуре выхлопной трубы. В этот контур выхлопной газ подается с определенной скоростью при помощи насоса постоянной производительности. На выходе источника бетта-электронов в ниспадающей части потока газов установлена коллекторная пластина. При этом между источником бетта-электронов и коллекторной пластинкой поддерживается определенная разность потенциалов, под действием которой ионизированные молекулы кислорода отделяются от молекул других газов и ударяются о коллекторную пластину. Концентрация кислорода выхлопных газов определяется путем измерения заряда, накапливающегося на коллекторной пластинке.

18.4.3. Тормозное излучение.

Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещества, электроны могут терять свою энергию на образование тормозного излучения. Проходя вблизи атомного ядра, под действием его электрического поля электроны испытывают торможение. Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии они будут испускать электромагнитное (тормозное) излучение. В тормозное излучение может преобразоваться любая часть кинетической энергии электрона вплоть до ее максимального значения. Поэтому энергетический спектр тормозного излучения непрерывный. Примером тормозного излучения является рентгеновское излучение возникающее при торможении электронов на аноде рентгеновской трубки. Это используется в рентгеновских аппаратах.

18.4.4. Совместные действия облучания электронами и све

том.

Особенность эффекта состоит в том, что вещество не поглощает свет до облучения электронами, но в процессе облучения или после него свет поглощается короткоживущими частицами: радикалами, возбужденными молекулами, возбуждение или диссоциация которых приводит к химическим превращениям. Например, вещества: твердые растворы бензола и нафталина в метилцинклогекоане и этаноле.

18.5. Взаимодествие нейтронов с веществом.

Нейтрон представляет собой электрически нейтральную частицу с массой покоя, равной преблизительно массе покоя протона, вместе с которым они образуют ядра всех элементов. Посколько нейтрон электрически нейтрален, он может вызывать различные ядернве реакции, в частности цепные реакции деления тяжелых ядер (теория, урана, плутония) осуществляемые в ядерных реакторах. По кинетической энергии нейтроны делятся на быстрые, промежуточные и тепловые. в зависимости от этой энергии нейтроны по разному взаимодействуют с веществом Тепловые нейтроны взаимодействуют пратически со всеми ядрами элементов, а в тяжелых вызывают реакцию деления. Промежуточные также поглощаются ядрами, но при некоторых значениях энергии нейтроны хуже поглощаются ядрами, а гораздо лучше неупруго рассеиваются (замедляются), теряя при этом кинетическую энергию. Особенно интенсивно быстрые нейтроны рассеиваются на водосодержащих веществах (замедлителях), что используется для замедления быстрых нейтронов до тепловых энергий в тепловых реакторах.

Патент США 3 794 843: Контрольно измерительный прибор для определения весового содержания влаги в насыпном материале, содержит источник излучения, облучающий влажный насыпной материал быстрыми нейтронами и гамма-лучами; прошедшее излучение регистрируют двумя детекторами, причем первый регистрирует гамма-излучение, а второй тепловые нейтроны, возникающие при замедлении быстрых нейтронов на ядрах водорода, содержащихся во влаге насыпного материала; оба сигнала от детектора поступают на электрическую схему, с целью получения сигнала, скоррелированного с весовым процентным содержанием влаги в материале.

Патент США 3 558 888: Сопособ нейтронного каротажа скважин для измерения количества нефти в зоне скважин, пробуренной в земной породе, с использованием радиоактиного излучения, согласно которому измеряется поперечное сечение захвата тепловых нейтронов в буровом растворе; Величина этого сечения определяется содержанием воды в этой геологической формации, а количество нефти, содержащееся в зоне скважин измеряется как функция макроскопического поперечного захвата тепловых нейтронов в породе.

Патент США 3 562 523: Способ определениясодержания остаточных масел в формации после подачи воды или заводнения нейтеносоного пласта состоит в измерении рапада тепловых нейтронов сначала при наличии воды, содержащейся в данной формации, а затем после замены этой воды водой, которая имеет существенно отличающееся сечение захвата и которая берется из зоны, содержащей по крайней мере, в радиусе действия регистрирующего инструмента.

18.5.1. При очень интенсивном облучении быстрыми нейтронами различных веществ наблюдается так называемые явления нейтронного раскупания - увеличение обьема вещества, что может быть использовано, например, для правки массивных металличеких деталей (А.с.395147) или в устройствах для измерения деформации ядерного горючего (заявка Великобритании 1359759) (см. 2,3).

18.6. Взаимодействие альфа-частиц с веществом.

Альфа-частицы (ядра гелия 4) состоят из двух протонов и двух нейтронов. Посколько альфа-частицы заряжены, то их очнь просто ускорять и облучать этим потоком различные вещества, которые при этом сильно ионизируются. Ионизированные атомы через какой-то промежуток времени захватывают свободные электроны и превращаются в нейтральные, излучая при этом характеристическое излучение, по которому можно судить о составе исследуемого вещества.

А.с. 223 948: Способ раздельного определения аллюминия и кремния по облучению пробы протоком альфа-частиц и одновременной регистрации возбужденного в ней суммарного характеристического излучения аллюминия и кремния, отличающийся тем, что с целью увеличения чувствительной и разрешающей способности, сразу после прекращения облучения пробы измеряют наведенную активность пробы и по соотношению измеряемых величин суммарного характеристического излучения аллюминия и кремния и наведенной активности судят о концентрации алююминия и кремния в пробе.

18.6.1. Эффект увеличения коррзийной стойкости металлов.

Если металлическую пластину облучать в течении нескольких минут альфа-частицами, то в силу короткого пробега частицу в веществе основная масса частиц останется в тонком поверхностном слое отдав при этом ему всю кинетическую энергию. Эксперементально установлено, что если после такого облучения пластину выдержать в атмосфере паров концентрированной соляной и серной кислот, то поверхность металла сохраняет первоначальную структуру и блеск. Этот эффект можно обьяснить так же, как и в случае сверхнизкого трения (см. раздел 1.3.1.) перестройкой структуры поверхностного слоя и удалением паров воды.

18.7. Радиотермолюминесценция.

Если какое-либо твердое вещество при низкой температуре подвергнуть воздействию электронов рентгеновских или гамма-лучей, то при нагреве, даже самом незначительном, вещество начинает светиться. Причем, при плавном нагревании твердых органических веществ температура, при которой наблюдается наибольшее термолюминесцеция, совпадает с температурой структурных переходов (плавления, размягчения и т.д.). Это явление (открытие - 168) позволило создать новый эффективный метод исследования вещества.

А.с. 381 983: Способ исследования структурных переходов в органических веществах, основанный на регистрации радиотермолюминесценции образца, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса облучают поверхностный слой образца пучком электронов с энергией 5-30 Кэв.

В общих чертах метод радиотермолюминесценции или сокращенно РТД, заключается в следующем: образец исследуемого органического вещества облучают при низкой температуре (77-100 градусов К) в полной темноте. Пригодны любые источники ионизирующего излучения: нейтронные, гамма, бетта-источники, ускорители заряженных частиц рентгеновские установки. Мощность дозы не играет существеной роли. Важно только, чтобы полная так называемая экспозиционная доза достигала 0,1-2 Мрад. Такие дозы, как правило не изменяют температуры структурного перехода. Затем образец плавно нагревают 10-20 градусов С в минуту. Свечение образца регистрируют с одновременной регистрацией температуры. Получают зависимость интенсивности РТЛ от температуры - кривую высвечивания. Пики, изломы кривой, их высота и ширина несут информацию об исследуемом веществе и прежде всего, позволяют оценить температуру структурных переходов. Абсолютная точность определения достигает около 1 градуса (см. 15.6.)

18.8. Эффект Мессбауэра.

Суть эффекта состоит в упругом испускании или поглощении гамма-квантов атомными ядрами связанными в твердом теле. Причина "упругости" процесса (при упругом процессе внутреняя энергия тела не изменяется, т.е. атом остается в том же состоянии), в том, что если атом поглотитель (или излучатель входит в состав кристаллической решетки, то перестает выполняться однозначное соответствие между импульсом гамма-кванта и энергии отдачи атома. При Мессбауэровском процессе отдача атома вообще не имеет место (не происходит возбуждение фонона), и импульс гамма-кванта воспринимается всей решеткой, т.е. всем криссталлом. Благодаря этому ширина Мессбауэровских линий поглощение и испускания очень мала (весьма острая резонансная кривая); соответственно сдвиг линий очень чувствителен к параметрам, как самого излучения, так и твердого тела. В настоящее время на основе этого эффекта проведена масса очень тонких физических экспериментов, весьма важных, в частности, для физики и химии твердого тела. Малая ширина линий поглощения и следовательно, почти фантастическая точность измерений с помощью эффекта Мессбаэура позволило разработать ряд методов для технического экспресс анализа веществ, содержащих Мессбауэровские ядра.

А.с. 297 912: Способ фазового анализа руд, содержащих Мессбауэровские элементы спектр которых частично перекрываются, основанные на резонансном гамма-поглощении, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности измерений при анализе, последовательно определяют величину эффекта Мессбауэра на исследуемой руде с разными источниками, число которых равно числу соединений в ряде и мессбауэроские спектры коороых совпадают со спктрами соединений в руде, сопоставляют с результатами колибровки и по совокупности величин эффекта мессбауэра определяют содержание исследуемых соединений в руде.

А.с. 446 007: Способ фазового анализа вещества, включающий измерение эффекта Мессбауэра по линии спектра, соответствующей исследуемой фазе и последующее определение содержания фазы с помощью градуировочной зависимости, отличающийся тем, что с целью повышения точности и чувствительности анализа, измеряют эффект Мессбауэра на исследуемой линии в присутствии фильтра полного резонансового поглощения со спектром, не перекрывающимся с линией определяемой фазы, и эффект Мессбауэра на линии спектра упомянутого фильтра в присутствии исследуемого образца и по отношению измереных эффектов определяют содержание исследуемой фазы.

Применение эффекта Мессбауэра для контроля железной руды при ее магнином обогащении и использованием в качестве источника гамма-излучения кобальта-57 позволяет быстро и надежно определять содержание железа в рудном порошке, что способствует повышению качества железного концентрата.

18.9. Электронный парамагнитный резонанс (открытие-85).

"Установлено неизвестное ранее явление квантовых переходов между электронными энергетическими линиями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса - ЭПР)"

Суть явления: постоянно в магнитном поле электронные уровни энергии парамагнитных атомов расцепляются на несколько подуровней; энергетическая разность подуровней определяется величиной поля и свойствами вещества; соответствующие квантовые переходы между этими подуровнями иницируются в переменном (высокочастотном) магнитном поле.

Открытие ЭПР послужило толчком для развития резонансных методов изучения вещества, в частности акустического парамагнитного резонанса ферро и атиферромагнитного резонанса магнитного резонанса.

При явлении акустического парамагнитного резонанса переходы между подуровнями иницируются наложением высокочастотных звуковых колебаний; в результате возникает резонансное поглощение звука.

При ферромагнитном резонансе происходит избирательное поглощение энергии электромагнитного поля: Эта энергия расходуется на возбуждение коллективных колебаний магнитоупорядоченной структуре ферромагнетика (или антиферромагнетика) (см. 8.7.).

Применение метода ЭПР дало ценные данные о строении стекол, кристаллов растворов; в химии этот метод позволил установить строение большого числа соединений изучить цепные реакции и выяснить роль свободных радикалов (молекул), обладающих свободной валентностью в протекании химических реакций. Тщательное изучение радикалов привело к решению ряда вопросов молекулярной и клеточной биологии.

Метод ЭПР - очень мощный, он практически не заменим при изучении радиационных изменений в структурах, в том числе и в биологических. Чувствительность метода очень высока и составляет 10 в 10-ой и 10 в 11-ой парамагнитных молекул. На применении ЭПР основан поиск и проверка новых веществ для квантовых генераторов; явление ЭПР используется для генерации сверхмощных субмиллиметровых волн.

А.с. 292 101: Способ текущего контроля условной вязкости гудронов и жидких битумов, отличающийся тем, что с целью непрерывности определения пропускают контролируемую струю по трубопроводу через резонатор спектрометра ЭПР и регистрируют условную вязкость по амплитуде линии спектра парамагнитного поглощения.

А.с. 510 203: Способ определения поля у огурцов путем исследования семян, отличающийся тем, что с целью повышения производительности труда в селекционном процессе, измеряют активный сигнал электронного парамагниного резонанса и определяют характер люминесценции семян по величине сигнала и интенсивности свечения судят о степени выраженности и принадлежности к полу: при величине активного сигнала электронного парамагнитного резонанса 0,66-0,68 относительных единиц и слабым свечением растения будут преимущественно мужского типа, а при сигнале 0,48-0,56 относительных единиц и интенсивном свечении - женского типа.

А.с. 516 643: Способ оценки стабильности пластичных смазок путем сравнения свойств исходной и проработавшей в узле трения смазки, отличающийся тем, что с целью сокращения времени проведения испытаний микроколичеств смазки, в исходную и проработавшую смазки вводят стабильный радикал, снимают спектр ЭПР, определяют частоты вращательной диффузии радикала и по их отношению оценивают стабильность смазки.

18.10. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

Парамагнетизм вещества может быть обусловлен не только строением электронных оболочек атомов, но и магнетизмом ядер. Магнетизм ядер, также, как и магнетизм оболочек, может вызвать резонансное поглощение энергии в твердрдом, жидком или газообразном состоянии. Резонансные частоты метода ЯМР лежат в области 1-100 МГц, чувствительность метода составляет от 10 в 17-ой степени до 10 в 21-ой степени ядер. На применении ЯМР основан принцип работы приборов для стабилизации и точнейших измерений магнитных полей, а также для анализа смесей по их изотопному составу. Сильный сигнал ЯМР наблюдается в присутствии ядер изотопа углерод-13, что предопредилило применение ЯМР и его разновидности - ядерного квадрупольного резонанса в химии углеродов, особенно природных (нефть).

А.с. 178 511: Способ измерения расхода жидкостей, основанный на явлении ЯМР, отличающийся тем, что с целью измерения расхода жидкости, обладающих сильным сигналом магнитного резонанса используют свободную процессию ядер в магнитном поле земли.

А.с. 344 275: Способ измерения расхода жидкости по А.с. 179511, отличающийся тем, что с целью упрощения устройства измеряют скорость затухания сигнала ЯМР при движении жидкости в неоднородном магнитном поле и по ней судят о расходе.

А.с. 550 669: Способ измерения проницаемости пористых материалов, основанный на явлении ограниченной самодиффузии молекул жидкости, включающий ядерно-магнитные резонансные измерения с импульсным градиентом магнитного поля, причем интервал времени между импульсами градиента устанавливают больше, чем время, необходимое для диффузии молекул на расстояние, равное размеру пор в образце, измеряют сигнал эха образца, отличающийся тем, что с целью получения достоверного значения проницаемости увеличивают интервал времени между импульсами градиента при фиксированной их амплитуде, повторяют измерение амплитуды сигнала эха и по зависимости амплитуды эха от интервала между импульсами градиента судят о проницаемости.

18.11. Эффект Оверхаузера-Абрагама.

В том случае, если в атоме имеет место и ядерный, и электронный парамагнетизм, то их взаимодействие приводит к изменению интенсивности сигнала ЯМР. При возрастании насыщения электронного парамагнитного резонанса и образце с парамагнитными ядрами наблюдается значительное увеличение интенсивности ЯМР (Оверхаузер 1953). Этот эффект был использован для разработки метода динамической поляризации ядер; вещество с поляризованными ядрами очень чувствительно как к величине магнитного поля, так и ее изменению. Это свойство и лежит в основе практически: применений эффекта.

Патент США в 3 559 045: Магнитный градиометр, служащий для измерения разницы между магнитными полями в двух зонах, содержит два ядерных фильтра - по одному в каждой зоне. Каждый из ядерных фильтров является фильтром такого типа, в котором исползуется эффект Обрхаузера-Абрагама, и выдает выходной сигнал, который усиливается иподводится к одному из входов операционного усилителя. Выходной сигнал усилителя расщепляется и подводится к входной катушке двух фильтров. Фазометр измеряет разность фаз входных сигналов операционного усилителя, который может быть суммирующего или дифференциального типа, что определяется фильтром ядерного фильтра (с перекрещивающимися или параллельными катушками). Разность фаз находится в прямой зависимости от разности между полями.

Л И Т Е Р А Т У Р А

18.6. А.Хирный и др., Эффект увеличения коррозионной стойкости металлов, облученных ионами гелия. Доклады АН СССР, Т.214, НР-1, 1974.

18.7. Л.Мельников. Свет из ловушки. "Химия и жизнь",нр-1,1976

18.8. В.И.Гольданский. Эффект Мессбауэра и его применение в химии, изд. АН СССР, 1964

А.с. 181752, 247424, 297912, 346693.

18.9. Парамагнитное поглощение звука, УФН, 1961, Т.75, нр-3

Дж.Пейк. Парамагнитный резонанс. М., "Мир", 1965

18.10. И.В.Александров, Теория ядерного магнитного резонанса. М., 1964

А.Абрагам. Ядерный магнетизм. М., ИЛ, 1963

А.Каррингтон и др. Магнитный резонанс и его применение в химии. М., "Мир", 1970

18.11. Г.Хуцишвили. УФН., 1960, т.71.

19. РАЗНОЕ

В этом разделе даются краткие сообщения о некоторых эффектах, по какой-либо причине невошедшие в предыдущие главы "Указателя". В некоторых случаях это обьясняется несовершенством принципа, положенного нами в основу систематизации физических эффектов, в других - эффекты привлекли наше внимание уже после написания основных разделов, некоторые эффекты вобще трудно было назвать физическими, как например, эффект Мебиуса. Тем не менее, многие из них, по нашему мнению, могут с успехом использоваться в изобретательской практике.

19.1. Термофорез.

Если нагретое тело поместить в обьем, заполненный аэрозолем, т.е. мелкими частицами, взвешенными в воздухе, например, дымом или туманом, то вокруг тела возникает так называемая темная зона (среда, свободная от аэрозоля), толщина которой зависит от разности температур тела и среды, давления газа, размера и формы тела и не зависит от его химического состава. Горячее тело как бы отталкивает от себя частицы аэрозоля.

Это явление обусловлено термофоретическими силами, действующмими со стороны газообразной среды на находящееся в ней неравномерно нагретые тела (в частности, частицы аэрозоля). Термофоретические силы возникают вследствие того, что газовые молекулы у более нагретой стороны частицы сильнее бомбардируют ее, чем у менее нагретой стороны, и потому сообщает частице импульс в направлении убывания температуры. Величина термофоретических сил пропорциональна квадрату радиуса частицы, скорость же движения частицы под действием этих сил - скорость термофореза - не зависит от ее размера вследствие соответствующего возрастания силы сопротивления среды.

А.с. 261 400: Способ зарядки частиц, заключающийся в том, что при помощи коронного разрядника, содержащего заземленный металлический электрод и коронирующие проволочки, подключенные к одному из полюсов высоковольтного источника тока, получают поток ионов определенного знака движущихся к металлическому электроду и сообщающих заряд частицам аэрозоля, отличающийся тем, что с целью улучшения условий эксплуатации коронного разрядника и повышения качества электрофотографических изображений, получаемых пылевым методом проявлений, заземленный металлический электрод и коронирующие проволочки нагревают, например, электрическим током до такой температуры, при которой ввиду проявления термофоретических сил заряженные частицы аэрозоля не могут осаждаться в области плазмы коронного разряда.

19.2. Фотофорез.

Если аэрозоль осветить интенсивным направленным пучком света, то аэрозольные частицы начинают совершать упорядоченные движения, причем некоторые из них в направлении распространения света (положительный Ф.Ф.), а другие навстречу ему (отрицательный Ф.Ф.). Наиболее сильно Ф.Ф. проявляется на окрашенных частицах. Тип Ф.Ф. зависит от цвета и от ее размера.

В основе явления лежит совместное действие на частицу светового давления и термофоретических сил. Преобладание одного из этих факторов определяет тип Ф.Ф. Так, для мелких частиц основным фактором является световое давление, оно и обуславливает в данном случае положительный фотофорез.

19.2.1. Интенсивное явления обнаружено в аэрозолях селеновой и железной пыли. В этих системах под влиянием светового потока аэрозольные частицы начинают двигаться в направлении перпендикулярном направлению распространения света.

19.3. Стробоскопический эффект.

Если быстро вращающееся тело освещать импульсами света, частота следования которых совпадает с круговой частотой вращения, то наблюдатель будет видеть тело как бы неподвижным. Это позволяет рассматривать особенности его поверхности или какие-либо ее изменения, не останавливая вращения тела.

А.с. 515 936: Способ определения окружных люфтов трансмиссий с ведомым и ведущими валами, заключающийся в том, что на ведомом валу наносят базовую метку и вращают его с определенной и постоянной угловой скоростью, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения люфтов, освещают базовую метку стробоскопическими импульсами с частотой при которой метка кажется неподвижно изменяют синхронно скорость вращения ведущего вала и частоту импульсов и определяют угол отклонения метки от первоначального ее положения, по которому судят о люфтах трансмиссий.

Если частоты световых импульсов и вращения тела несколько отличаются, то будет наблюдаться кажущееся вращение тела, скорость которого гораздо меньше действительной скорости вращения. Сказанное справедливо и для поступательного (колебательного) движения тел.

Стробоскопический эффект лежит в основе кино. Отдельные изображения последовательных стадий движения, быстро сменяя друг друга, создают иллюзию непрерывного движения. При этом важную роль играет особенность нашего светового восприятия инерционность, глаз как бы "видит" изображение предыдущего кадра некоторое время после того, как экран погас.

Движение в кинофильме может быть ускоренным или замедленным в зависимости от соотношения частот сьемки и воспроизведения, что используется для визуализации быстро - или медленно - протекающих процессов.

Несмотря на свою простоту, стробоскопический метод может являться основой многих тонких исследований.

А.с. 255 684: Фазовый способ измерения длины волны ультразвука, основанный на использовании стробоскопического эффекта при помощи бегущих ультразвуковых волн, отличающийся тем, что с целью повышения точности, модулируют одну из бегущих ультразвуковых волн, освещаемых пучком света, по фазе, наводят последовательно ось фотоэлектрического микроскопа на максимум освещенности видимого изображения и по расстоянию между соседними максимумами судят о длине ультразвуковой волны.

В заключении отметим, что стробоскопический эффект является ярким проявлением закона согласования ритмики частей системы.

19.4. Муаровый эффект.

При наложении двух систем контрасных полос возникает узор, образованный их сгущениями в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между полосами другой системы. Возниконовения таких узоров называют муаровым эффектом.

Простейший муаровый узор возникает при пересечении под небольшим углом двух систем равноудаленных параллельных полос (линий). Небольшое изменение угла поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между элементами муарового узора.

19.4.1. Муаровый узор образуется также при наложении двух непересекающихся систем равноудаленных параллельных линий, когда величина шага одной из систем слегка отлична от другой. При этом, чем меньше разница в шаге, тем больше расстояние между муаровыми полосами. Это позволяет получить колоссальное увеличение (в миллионы раз) разницы в ширине промежутков между линиями. Иначе говоря муаровый эффект дает возможность визуально без применения оптических систем, обнаруживать ничтожные отклонения в почти одинаковых периодических структурах. В настоящее время метод муара широко применяют при контроле точности делительных устройств для изготовления дифракционных решеток.

19.4.2. Муар возникает на электронной микрофотографии двух кристаллов, наложенных таким образом, что их атомные решетки почти совпадают. Любой деффект нарушающий регулярность структуры кристалла, четко проявляется в муаровом узоре. Увеличение при этом таково, что позволяет видеть смещения атомов, величины которых меньше диаметра самого атома.

19.4.3. Если две решетки из равноудаленных параллельных прямых, несколько отличных по вельчине шага, двигать одну относительно другой в направлении, перпендикулярном линиям, то полосы муарового узора будут двигаться со скоростью гораздо большей, чем относительная скорость движения самих решеток. При этом направление их движения совпадает с направлением относительного смещения решетки с меньшим шагом. Таким образом, малое перемещение одной из решеток приводит к значительному перемещению полос муара, которое легко обнаружить и измерить.

А.с. 297 861: Способ определения деформаций по картине муаровых полос, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения деформаций, определяют отношение скоростей взаимного премещения деформированной и эталонной сеток и скорости перемещения муаровой полосы и по величине этого отношения судят о величине деформаций.

Описанное проявление муарового эффекта издавна используется во всех измерительных приборах, обладающих нондусом, таких, как микрометр или штангенциркуль.

19.4.4. С помощью эффекта муара можно визуализировать ничтожные изменения показателя преломления прозрачных сред, помещая их между решетками. Так, например, можно визуально изучить динамику расстворения двух веществ.

19.4.5. Этот же принцип позволяет производить экспресс-анализ качества оптических деталей. Линзы помещают между решетками, наличие выпуклой линзы увеличивает элементы муарового узора, вогнутой - уменьшают. При этом обе линзы поворачивают узор в противоположных направлениях на угол, пропорциональный фокусному расстоянию. В местах неоднородностей структуры или формы линз линии узора искажаются.

Еще пример контроля оптики!

А.с. 515 937: Интерференционный способ измерения клиновидности оптических прозрачных пластин, заключающийся в том, что пучок света от лазера фокусирует с помощью обьектива в плоскость отверстия в экране, за которым установливают контролируемую пластину, отличающийся тем, что с целью повышения точности и производительности измерений, от контролируемой пластины при ее фиксированном положении получают прозрачную копию интерференционных колец, поворачивают пластину в ее плоскости на 180, накладывают интерференционную картину на копию и по ширине муаровых полос, образовавшихся от наложения, измеряют клиновидность платины.

Множество муаровых узоров можно получить, совмещая решетки, образованные самыми различными линиями, например концентрическими окружностями, спиралевидными волнообразными или радиально исходящими из точки линиями и даже семействами равномерно расположенных точек. Таким образом можно моделировать многие сложные физические явления, такие, как взаимодействие электростатических полей, интерференция волн и другие. Подобными методами решаются некоторые задачи архитектурной акустики.

В Японии предложено использовать муаровый эффект для составления топографических карт предметов. Обьект фотографируют через решетку из тонких нитей, сбрасывающую на него четкую тень. Тень деформируется в соответствии с рельефом обьекта и при взаимодействии ее с реальной решеткой возникает муаровый узор, наложенный на изображение обьекта. На фотографии расстояние между линиями муара соответствует глубине рельефа. Такой метод очень эффективен, например, при изучении деформации быстровращающихся деталей, при анализе обтекания тел поверхностным слоем жидкости в медицинских исследованиях анатомического характера.

Универсальность метода муара, простота преобразования с его помощью различных величин, близка к ИКР, высокая разрешающая способность - все это говорит о том, изобретатели еще не раз обратятся в своей практике к муаровому эффекту.

19.5. Высокодисперсные структуры.

Одной из тенденций развития технических систем является увеличение степени дисперсности входящих в них веществ. При этом наблюдаются качественные изменения свойств дисперсной структуры по сравнению со свойствами монолитного нераздробленного вещества.

Высокодисперсные структуры подразделяются на сыпучие, консолидированные и коллоидные. Из сыпучих порошков особый интерес представляют ферромагинтные порошки, так как ими легко управлять магнитным полем (1), и их можно вводить ввиде индикаторных добавок в немагнитные вещества с целью выяснения условий действующих внутри исследуемого вещества (температуры, давления и т.п.).

А.с. 239 643: Способ определения степени затвердевания полимерного состава. В полимер в небольшом колличестве вводят ферромагнитный порошок. Полимер затвердевая сдавливает частицы порошка, который при этом меняет свои магнитные свойства, что легко обнаружить.

19.5.1. Консолидированные тела - это тела, полученные путем прессования или спекания мелкого порошка (размеры частиц от 10 до 100 мкм). Консолидированные тела обнаруживают много интересных свойств (2), отличающих их от сплошного тела, состоящего из того же вещества. Например, при консолидировании порошка путем прессования можно получить анизотропные тела, несмотря на то, что вещество, составляющее частицы вещества, изотропно. Параметры такого консолидированного тела (электропроводность, теплопровоность, распространение звука, модуль упругости и т.п.) в направлении прессования выше, чем в сплошном теле из того же вещества, причем все свойства изменяются практически на один и тот же масштабный коэффициент пропорциональности. Зная, в каком масштабе искажена одна из условных характеристик пористого образца (например, электропроводность), можно легко определить масштабы искажения и других характеристик этого образца (теплопроводности, скорости звука, модуля сжатия, коэффициента Пуассона и т.д.), а значить легко можно определить и сами характеристики данного образца. Контролируя какую-нибудь из легкоизмеряемых характеристик пористого тела в процессе его консолидации можно однозначно определить изменения интересующих нас других его характеристик.

19.6. Электрореологический эффект.

Электрореологическим эффектом называется быстрое обратимое повышениеэффективной вязкости неводных дисперсных систем в сильных электрических полях (3).

Электрореологические супсенции состоят из неполярной дисперсной среды и твердой дисперсной фазы с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью. Дисперсными средами могут служить неполярные или слабополярные органические жидкости с достаточно высоким электрическим сопротивлением (порядка 10 ом.см). Например, светлые масла (валелиновое, трансформаторное, растительные мала (косторовое), диэфиры (дибутилсебацинат), нефтановые углеводороды (циклогексан), керосин, загущенный малыми добавками полиизобутилена. В качестве дисперсной фазы широко применяется кремнезем в различных модификациях. Размеры частиц не более 1 мкм.

Электрореологический эффект не проявляется заметно вплоть до некоторой пороговой напряженности электрического поля. Величина ее зависит от состава суспензии и температуры. После достижения значения Eкр эффективная вязкость растет приблизительно квадратично, но не до бесконечности, а до ее насыщения.

Эффект наблюдается и в постоянных и в переменных полях. При увеличении частоты поля кажущаяся вязкость вначале остается неизменной, затем падает. Вид зависимости эффекта от частоты зависит от состава дисперсной системы.

Электрореологические суспенсии весьма чувствительны к изменениям температуры. Нагрев снижает абсолютную величину эффективной вязкости системы. С ростом температуры влияние электрического поля постепенно невилируется.

19.7. Реоэлектрический эффект.

Под действием сдвига в так называемых электрочувствительных дисперсных системах происходят изменения диэлектрической проницаемости, электропроводности и тангенса угла диэлектрических потерь. Такие изменения диэлектричеких параметров предложено называть реоэлектрическим эффектом. Важное значение реоэлектрического эффекта для практики связано с возможностью получения на его основе электрически анизотропных материалов, в частности электронов. Если частицы дисперсной фазы несут заряд преимущественно одного знака, в концентрированных системах при наложении электрического поля наблюдается электросинерезис - сжатие структурного каркаса в целом у одного электрода и выделение дисперсной среды у другого.

В суспезиях, если частички несут положительный или отрицательный заряд, под влиянием электрического поля протекает электрофорез (см.12) и соответственно на катоде или на аноде осаждается слой дисперсной фазы. Это свойство используется для создания информационных табло и экранов отображения плоских устройств для показа картин с помощью дисперсных систем, прозрачность которых изменяется под влиянием электрического поля.

Области возможного практического применения электрореологического эффекта чрезвычайно разнообразны и широки:

1. регулирование движения жидкости, прокачиваемой через узкий канал;

2. конструкции муфт сцепления, тормозов и других фрикционных устройств;

3. зажимные и фиксирующие устройства ( если пленку электросвязкой жидкости нанести на тонкую пластину диэлектрика, с другой стороны которого располагаются электроды, соединенные с источником одно или трехфазного тока, то электропроводный эффект, установленный на пластине, будет жестко зафиксирован "затвердевший" пленкой при наложении достаточно интенсивного электрического поля);

4. жидкие электрогенераторы, преобразователи тока;

5. электрокинетические весы, примеры использования электрореологического эффекта подробно рассмотрены в (3).

19.8. Жидкие кристаллы.

Представим себе жидкость, молекулы которой имеют удлиненную палочкообразную форму. Силы взаимодействия "выстраивают" их параллельно друг другу и ведут они себя как обычные молекулы жидкости, но с учетом единственного ограничения при всех перемещениях должно сохраняться (в целом) некоторое выделенное направление длинных осей. У такой жидкости будут различные оптические и другие характеристики (например, теплопроводность) в различных направлениях, т.е. они будут анизотропной. А ведь анизотропия всегда считалась отличительной чертой кристаллического состояния!

Жидкость, описанного выше типа, принадлежит обширному классу веществ, называемых нематическими жидкими кристаллами. Слово "немос" по-гречески "нить", и, действительно, молекулы таких жидких кристаллов напоминают бусинки, укрепленные на нити.

Возможны и другие типы молекулярной архитектуры, создающие анизотропию. Укладка молекул слоями и пачками приводит к еще одному классу жидких кристаллов - сметическим. Такая упаковка молекул создает анизотропию не только оптических, но и механических свойств, посколько слоя легко смещаются относительно друг друга. Название этой группы связано с греческим словом "смектос" (мыло). Такое расположение молекул характерно для мыльных растворов, эмульсий и т.д.

Третьим распространенным типом жидких кристаллов являются холестерические, в которых молекулы укладываются в плоскостях подобно описанным выше нематическим кристаллам, но сами плоскости повернуты друг относительно друга. Вектор, связанный с длинной осью, так называемой "директор", описывает в пространстве спираль. Названием этот класс жидких кристаллов обячзан печально известному холестирину, у которого впервые были обнаружены подобные свойства.

19.8.1. Прежде всего было найдено, что воздействие электрического поля на жидкие кристаллы приводит к электрооптическим эффектам, не имеющих аналогов среди прочих оптических сред. Электрооптическая ячейка состоит из двух стекол, между которыми находится тонкий слой жидкого кристалла. Окрашенные поверхности стекол обработаны таким образом, что они, оставаясь прозрачными, пропускают электрический ток. Таким образом получают как бы прозрачный конденсатор, диэлектриком внутри которого служит слой жидкого кристалла.