оптическая анизотропия

ОПТИЧЕСКАЯ АНИЗОТРОПИЯ - различие оптич. свойств среды, связанное с зависимостью скорости световых волн от направления распространения и их поляризации. О. а. проявляется в двойном лучепреломлении, дихроизме, вращении, плоскости поляризации, а также в деполяризации при рассеянии света в среде, в поляризов. люминесценции и т. д. Только в исключительных условиях оптич. излучение определённых поляризаций и направлений распространяется в оптически анизотропных средах не преобразуясь. В прозрачной оптически анизотропной среде световая волна в общем случае представляет собой суперпозицию двух ортогонально поляризов. волн, имеющих разные скорости распространения.
Различают естественную и наведённую О. а. Естеств. О. а. кристаллов обусловлена неодинаковостью по разл. направлениям поля сил, связывающих атомы решётки. Естеств. О. а. веществ, к-рые проявляют её в любом агрегатном состоянии, связана с асимметрией строения отд. молекул таких веществ и обусловленным ею различием во взаимодействии этих молекул с излучением разл. поляризаций, а также особенностями возбуждённых состояний электронов и "полных остовов" в оптически активных кристаллах.
В макроскопически однородных средах О. а. обусловлена локальной электрич. анизотропией, т. е. несовпадением в общем случае направления напряжённости электрич. поля световой волны в данной точке с направлением создаваемых им в этом месте токов (поляризаций). Локальная анизотропия вещества проявляется на масштабах, малых по сравнению с длиной волны света.
В рамках этих представлений все характеристики О. а. макроскопически однородной среды определяются комплексным тензором диэлектрич. проницаемости e_jl, связывающим компоненты гармоники вектора индукции Re с компонентами гармоники вектора напряжённости поля Reсоотношением где j, l = х, у, z - индексы проекций на координатные оси, и по повторяющимся индексам производится суммирование. Как и в изотропной среде, в к-рой и - скаляр, а = 0 или 1 при и соответственно, разл. компоненты оптически анизотропной среды зависят от частоты (частотная дисперсия), причём не обязательно одинаково для разных направлений.
Симметрия тензора позволяет классифицировать оптически анизотропные среды. Так, при несущественном поглощении света тензор эрмитов, т. е. Если при этом он веществен, т. е. что отвечает синфазности поляризации и напряжённости, то среда, называемая оптически неактивной, в общем случае характеризуется тремя величинами (k = 1, 2, 3), к-рые определяют днэлектрич. свойства вдоль трёх ортогональных т. н. диэлектрич. осей. Если все различны, то в среде есть два выделенных направления, называемых оптич. осями, вдоль к-рых скорость распространения света не зависит от его поляризации. Такие среды наз. двуосными. Если две из трёх величинодинаковы, то в среде есть одна оптич. ось и среда наз. одноосной. Вообще оптич. оси не совпадают с диэлектрическими. Наглядно оптическая анизотропия проявляется в таких средах в виде двулучепреломления.
Симметрия строения среды однозначно определяет О. а., и, как правило, она ниже симметрии тензора Напр., кристаллич. NaCl с кубич. решёткой - оптически изотропная среда. Следует отметить, что среду можно считать имеющей высокую оптич. симметрию (напр., кубич. кристалл - оптически изотропной средой) с большой точностью, но всё же с условностью, пока не приняты во внимание эффекты дисперсии, пространственной, определяемые изменением поля волны на длине порядка постоянной решётки. Эти эффекты тесно связаны с переносом токов в среде, в частности с экситонами.
Если в непоглощающей среде тензор - величина комплексная, что указывает на сдвиг по фазе между напряжённостью и индукцией, то такая среда оптически активная (см. Гиротропия ).Если при этом веществ. часть тензора изотропна, т. е. то в ней волны круговых поляризаций распространяются не преобразуясь, а плоскость поляризации линейно по-ляризов. волн поворачивается безотносительно к направлению их распространения. Оптич. активность связана с локальным "кручением" структуры вещества, к-рое характеризуется псевдовектором. В намагниченной среде этот псевдовектор задаётся локальным магн. полем. В немагн. средах оптпч. активность есть проявление пространств, дисперсии, причём направление псевдовектора зависит от направления распространения света, а "кручение" определяет псевдотензор, значение к-рого зависит от степени локальной зеркальной диссимметрии среды (молекул).
Поглощение света в среде описывается антиэрмитовой частью тензора, величиной свойства симметрии к-рой определяют явления дихроизма и плеохроизма - зависимость поглощения света от его поляризации.
Наведённая О. а. может возникать в оптически изотропных средах под внеш. воздействием, меняющим локальную симметрию. Такими воздействиями могут быть мехаиич., электрич., магн. поля, мощные потоки излучения (см. Фотоупругостъ, Керра эффект, Фарадея эффект, Коттона - Мутона эффект, Нелинейная оптическая активность).

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976; 3оммерфельд А., Оптика, пер. с нем., М., 1953; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Кизель В. А., Бурков В. И., Гиротропия кристаллов, М., 1980.

С. Г. Пржибелъский.