Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Электрогирация
Изменение оптической активности кристалла под действием электрического поля

Анимация

Описание

Электрогирация — эффект пространственной дисперсии, состоящий в возникновении или изменении оптической активности (гирации) в кристаллах под действием постоянного или переменного электрического поля.
Как явление пространственной дисперсии — электрогирация отличается от эффекта Фарадея поведением приращения оптической активности при изменении знака волнового вектора, тоесть при электрогирационном эффекте приращение оптической активности изменяет знак при изменении знака волнового вектора, а при эффекте Фарадея — нет.
Электрогирационный эффект, пропорциональный к напряженности электрического поля (линейная электрогирация) разрешен в кристаллах, которые принадлежат ко всем точечным группам симметрии, за исключением трех кубических, а эффект пропорциональный к квадрату напряженности электрического поля (квадратическая электрогирация) разрешен симметрией только в ацентричных кристаллах.
Рассмотрим электродинамическое описание эффекта. Вектор напряженности электрического поля (или индукции) электромагнитной волны, распространяющейся в гиротропном кристалле можно представить, как:
(1)
или
(2)
где — тензор оптических поляризационных констант, — тензор диэлектрической проницаемости, — среднее значение показателей преломления, Dj, — индукция, δijk, — полярный тензор третьего ранга, eijl, — полностью антисимметричный, единичный псевдотензор Леви-Чивита, kk, — волновой вектор glk, и — аксиальные тензоры второго ранга (тензоры гирации). Удельный угол поворота плоскости поляризации ρ, связанный с естественной оптической активностью определяется соотношением:
  (3)
где n — показатель преломления, λ — длина волны оптического излучения, ll и lk — трансформационные соотношения между Декартовой и сферической системами координат (l1=sinθcosφ, l2 = sinθsinφ, l3 = cosθ), G — псевдоскалярный параметр гирации. Электрогирационное приращение тензора гирации под действием электрического поля Em и/или En можно представить в виде:
(4)
где γlkm и βlkmn - аксиальные тензоры третьего и четвертого рангов, описывающие линейную и квадратическую электрогирацию, соответственно. При отсутствии линейного двупреломления, электрогирационное приращение удельного вращения плоскости поляризации света запишется, как:
(5)
Электрогирационный эффект может индуцироваться спонтанной поляризацией при сегнетоэлектрических фазовых переходах:
(6)
Энантиоморфизм сегнетоэлектрических доменов проявляется именно благодаря электрогирационному эффекту, индуцированному спонтанной поляризацией.

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Используется в научно-технических эффектах

Твердотельный лазер (Твердотельный лазер)

 

Используется в областях техники и экономики

1Оптическая техника
1Квантовая электроника
1Оптоэлектронная техника
1Полупроводниковые приборы и микроэлектроника

 

Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты

1Вынужденное излучение (Вынужденное излучение)
1Нелинейная оптическая поляризация среды (Нелинейная оптическая поляризация среды)
1Нормальные колебания молекул (Собственные (свободные) гармонические колебания молекул)
1Поляризация электромагнитных волн (Поляризация электромагнитных волн )
1Изменение оптической активности кристалла под действием электрического поля (Электрогирация)

 

Применение эффекта

Изменение знака оптической активности, индуцированное электрическим полем впервые наблюдалось в сегнетоэлектрических кристаллах LiH3(SeO4)2 Г.Футамой и Р.Пепинским в 1961 г. при переполяризации сегнетоэлектрических доменов (изменение точечной группы симметрии при фазовом переходе 2/m — m). Наблюдаемое явление объяснялось особенностью доменной структуры (взаимозамещением оптических осей при переполяризации доменной структуры), а не электрогирацией, индуцированной спонтанной поляризацией. Впервые, описание электрогирационного эффекта, индуцированного электрическим полем и спонтанной поляризацией при сегнетоэлектрических фазовых переходах, по видимому, было предложено К.Аизу в 1963 г. Вероятно, К.Аизу был первым, кто определил электрогирационный эффект, как: "The rate of change of the gyration with the biasing electric field at zero value of the biasing electric field is provisionally referred to as «electrogyration»". Термин «электрогирация» был впервые предложен также К.Аизу. Одновременно с К.Аизу, И. С. Желудев предложил описание электрогирации в 1964 г. на основании симметрийного подхода и тензорных соотношений. В данной статье электрогирация называлась электрооптической активностью. В 1969 г. О. Г. Влох впервые экспериментально обнаружил электрогирационный эффект, индуцированный электрическим полем в кристаллах кварца и определил коэффициенты квадратичекой электрогирации.
Таким образом, электрогирационный эффект был предвиден и описан, одновременно японским ученым К.Аизу и русским ученым И. С. Желудевым в 1963—1964 гг. и впервые экспериментально обнаружен украинским ученым О. Г. Влохом в 1969 г.

Реализации эффекта

Электрогирационный эффект может быть довольно просто объяснен на основании симметрийного подхода, тоесть на основании симметрийных принципов Кюри и Неймана. В кристаллах, обладающих центром симметрии оптическая активность (гирация) запрещена, поскольку соответсвенно с принципом Неймана точечная группа симметрии среды должна быть подгруппой точечной группы эффекта, который является свойством данной среды. Так как гирационный тензор, который владеет симметрией аксиального тензора второго ранга — ∞2, , не представляет подгруппы группы симметрии центросимметричной среды — естественная оптическая активность не может сущевствовать в такой среде. Согласно симметрийному принципу Кюри под влиянием на среду внешнего воздействия — симметрия среды понижается к группе симетрии, которая является пересечением множеств групп симметрии действия и среды. Таким образом, влияние электрического поля с симметрией полярного вектора (группа симметрии — ∞mm) на кристалл, обладающий центром симметрии ведет к понижению симметрии кристалла к ацентричной группе симметрии, разрешающей возникновение оптической активности. Однако, при квадратичном электрогирационном эффекте симметрия действия должна рассматриваться как симметрия диадного произведения двух полярных векторов напряженности электрического поля EmEn, тоесть как симметрия полярного тензора второго ранга (группа симметрии — ∞/mmm). Такое центросимметричное воздействие не в состоянии понизить симметрию среды к ацентричной группе. Именно этот факт и является причиной того, что квадратичная электрогирация может сущевствовать только в ацентричных средах.

Литература

1. Физическая энциклопедия / гл.ред. Прохоров А.М. - М.: Большая российская энциклопедия. 1994.

2. Желудев И. С. (1964). Кристаллография. 9, 501—505.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина