Mavzu: suniy optik anizotropiya

Sun’iy optik anizotropiya
Anizotropik jismlardan yorug’lik o’tganda turli qutblanish hodisalari kuzatilar ekan.Bunday anizotropiyani tabiiy deb atasak o’rinli bo’ladi.Optik jihatdan izotrop bo’lgan jismlarda “statistik” izotropiya bo’ladi. Ayrim molekula guruhlari anizotrop bo’lishi mumkin, lekin, bu mikroskopik anizotropiya ayrim guruhlarning tasodifiy o’zaro joylashishi tufayli o’rta hisobda tekislashib ketadi va muhit makroskopik jihatdan izotropligicha qolaveradi. Ammo, biror tashqi ta’sir aniq asosiy yo’nalish bersa, anizotrop elementlar qayta guruhlashib, muhit makroskopik jihatdan anizotrop muhitga aylanadi. Bir qator usullar bilan jism, moddalarga anizotroplik xossasini berish mumkin.
1. Kristallning deformatsiyalanishi natijasida molekulalar orasidagi kuchlar o’zgarishini hisobga olish bu farqni sifat tomandan izohlab beradi; biroq bu hodisalarni miqdoriy jihatdan talqin etish uchun bu holda tashqi siqish ta’siri ostida ionlarning o’zida ham biror anizotropiya yuzaga keladi deb hisoblash to’g’ri bo’ladi. Ikkinchi tomondan, kristallning anizotrop bo’lishiga ionlarning kristall panjarada anizotrop ravishda joylashishi tufayli molekulalar orasidagi kuchlarning turli yo’nalishlarda turlicha bo’lishi sabab bo’lgan hollar ko’p, bunda ionlarning o’zini juda izotrop deb hisoblash mumkin. Masalan, tetraedrik kristallarning nurni ikkiga ajratib sindirishining ko’p qismi ularning tarkibidagi atomlarning anizotropiyasiga emas, balki kristallarning strukturasiga bog’liq ekanligi ko’rsatilgan.Zeebek vа Bryuster izotrop jismlаrni mexаnik deformаtsiyalаgаndа ulаrdа optik аnizotropiya hosil bo’lishi tufаyli nurni ikkilаntirib sindirish hodisаsini kuzаtishdi (1831 yil). Optik аnizotropiya o’lchovi sifаtidа oddiy vа g’аyri oddiy nurlаr sindirish ko’rsаtkichlаrining fаrqi tushunilаdi.
n₀ - n_e = k_l (2.2.1)
- shu jismni xаrаkterlovchi koeffitsient,  =F/S - ko’ndаlаng kesimgа qo’yilgаn kuchlаnish.
Sun’iy anizotropiyani o’rganish tajribasining sxemasi kristallarda nurning ikkiga ajralib sinishini o’rgatishdagi sxema bilan bir xildir.

2.2 1-rasm. Deformatsiyalanishda nurning ikkiga ajralib sinish hodisasini kuzatishda asboblarning joylashishi.
Jismni bir tomonlama, masalan MN o’q bo’ylab siqish yoki cho’zishda bu yo’nalish sezilarli bo’lib qolib, optik o’q vazifasini o’taydi.Shu tariqa deformatsiyalangan jismning optix xossalari bir o’qli kristallning xossalariga mos keladi. Tajribaning ko’rsatishicha, anizotropiya o’lchovi bo’lgan n_o-n_e ayirma P=F\S=F\lh kuchlanish kattaligiga, ya’ni yuza birligiga to’g’ri kelgan kuch kattaligiga proporsionaldir:
(2.2.2)
Bu yerda k- moddaning konstantasi.
Nurlar qalinligi l bo’lgan modda qatlamidan o’tganida ega bo’ladigan yo’l farqi quyidagiga teng bo’ladi:
(2.2.3)
Odatdagicha yo’l farqini to’lqin uzunliklari orqali ifodalab,
Pl=CPl (2.2.4)
ekanini topamiz, bu yerda C=k\l – moddani xarakterlovchi miqdor.
Garchi o’lchab topilgan n_o- n_e miqdorni P kuchlanish kattaligiga bog’lovchi va yuqorida tilga olingan emperik qonuniyatlar optik manzaraga qarab nagruzkaning model bo’yicha miqdoriy taqsimoti to’g’risida xulosa chiqarishga imkon bersada, amalda bunday hisoblarni bajarish nihoyatda qiyin. Hisoblash metodikasiga ham, eksperiment tartibiga ham bir qator takomillashtirishlar kiritilgan bo’lishiga qaramay, bu usul asosan sifat tomondan ahamiyatga egadir.Biroq bu usul mana shunday shaklida ham tajribali kishilar qo’lida yangi konstruksiyalarni hisob qilish sohasidagi dastlabki ishlarni ancha kamaytirib ko’p naf keltiradi.
Anizotrop muhitlarda nur ikkiga bo’linishidan tashqari turlicha yutiladi.Dixroizm deb ataluvchi bu hodisa tufayli ikki nurdan biri to’la yutiladi. Masalan, turmalin kristalida oddiy nurning yutilish koeffitsiyenti g’ayri odddiynikidan bir necha marta katta. Qalinligi 1 mm bo’lgan turmalin plastinkasida oddiy nur yutilib, faqat g’ayrioddiy nur chiqadi.Bu esa dixroizmli kristallardan qutblagich sifatida foydalanish imkoniyatini beradi.
2. Ikkinchi usul bu tashqi elektr maydon ta’sirida anizatropiya hosil bo’lishi. Bu usul oldingi hodisaga qaraganda nazariy tomondan chuqurroq o’rganilgan va shu sababli umuman anizotropiyaning mohiyatini tushunish uchun ham, molekulyar strukturani tadqiq etishga aloqador bo’lgan masalalar uchun ham katta ahamiyatga ega bo’lgan hodisadir. Buning sababi avvalo shundaki, Kerr hodisasi nazariy jihatdan bayon etish uchun ancha oddiy bo’lgan sharoitlarda masalan, gazlarda kuzatilgan, vaholanki, dastlabki kuzatishlar qattiq jism va suyuqliklarda kuzatilgan; qattiq jism va suyuqliklarda bu effect ancha kuchli bo’ladi. Undan tashqari, bir jinsli tashqi elektr maydonining molekulalarga ko’rsatadigan ta’sirining mohiyati mexanik deformatsiyalar effektiga qaraganda oson va tushunarlidir; mexanik deformatsiya effektlarini bayon qilish molekulalar orasida deformaatsiyalar tufayli o’zgaradigan elektromagnetik maydonlarning molekulalarga ko’rsatadigan ta’sirini tadqiq etishni, ya’ni yaxshi o’rganilmagan juda murakkab faktorning ta’sirini tadqiq etishni talab qiladi.
Shu bilan birga Kerr hodisasi keying yillarda nihoyatda muhim ilmiy va ilmiy-texnik sohalarda tatbiq etiladi; bular Kerr hodisasining amalda inersiyasiz yuz berishiga, ya’ni tashqi maydonning juda tez bo’ladigan o’zgarishlari orqasidan borishiga asoslanadi.
Shunday qilib, elektr maydonida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasi nazariy tomondan ham, amaliy tomondan ham juda muhim va qiziqarli hodisalar jumlasiga kiradi. Elektr maydoni ta’sirida modda optik jihatdan bir o’qli kristallga o’xshab qoladi.Bu kristallning optik o’qi elektr kuchlanganligining yo’nalishi (ya’ni simmetriya o’qi) bo’ylab yo’naladi.

2.2 2-rasm.Elektr maydonida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasini kuzatishda asboblarni joylashtirish sxemasi.
Agar polyarizatorlar ayqashtirib qo’yilgan bo’lib, elektr maydoni berilgan bo’lmasa, bu sistemadan yorug’lik o’tmaydi. Elektr maydoni berilganda kondensator plastinkalari orasidagi suyuqlik nurni ikkiga ajratib sindiradigan bo’lib qoladi va oqibatda K dan chiqadigan yorug’lik elliptik ravishda qutblangan bo’ladi va uni D kondensator yordamida tadqiq etish mumkin.
Tajribaning ko’rsatishicha, λ to’lqin uzunligi tayinli bo’lgan monoxramatik bo’lgan yorug’likda sindirish ko’rsatkichlarining n_e-n_o ayirmasi E maydon kuchlanganligining kvadratiga proporsional bo’ladi:
n_e-n_o=kE² (2.2.5)
Demak, nurlarning l yo’lda ega bo’ladigan yo’l farqi quyidagiga teng bo’ladi:
(2.2.6)
Bu ayirmani to’lqin uzunliklari orqali ifodalab, faza siljishini topamiz.
(2.2.7)
Bu yerda - Kerr doimiysi. ning E ga kvadratik bog’liq bo’lishidan faza siljishi maydon yo’nalishiga bog’liq emasligi ko’rinadi.

2.2 3-rasm.Nurning ikkiga ajralib sinish hodisasida (n_e-n) yoki (n_o-n) ayirmani kuzatishning interferension metodi.
L.I Mandelshtam kashf etgan bu metodning mohiyati quyidagidan iborat: Jamen interferometridagi nurlardan biri elektr maydoniga qo’yilgan suyuqlikdan o’tkaziladi, ikkinchi nur esa elektr maydonidan tashqaridagi suyuqlikka yuboriladi. Elektr maydoni berilganda interferension polosalarning siljishini o’lchab, N polyarizatorning boshlang’ich vaziyatiga bog’liq ravishda (n_e-n) yoki (n_o-n) ayirmani aniqlaymiz.Agar yorug’likning elektr maydoni vector tashqi maydonga parallel ravishda (“optik o’q” bo’ylab) tebransa, u holda polosalarning ko’rinma siljishi n_e-n miqdorini aniqlaydi; polyarizator 90 ga burilganda polosalarning ko’rinma siljishi n_o-n miqdorni aniqlaydi.n_e-n va n_o-n miqdorlarni ko’p moddalar uchun sinchiklab o’lchash natijasida
(2.2.8)
ekanligi topilgan.

2.2 4-rasm.Kuchli yorug’lik impulsi ta’siri ostida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasini yuzaga keltirish tajribasining prinsipial sxemasi.
Yuqorida izotrop muhitda o’zgarmas elektr maydoni ta’siri ostida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasi yuz berishi to’g’risida gapirdik. O’zgaruvchan elektr maydonida va hatto yorug’lik to’lqinining maydonida ham o’shanday hodisa yuz beradi. Lazerlar texnikasining rivojlanishi elektr maydoni kuchlanganligi juda katta qiymatlarga erishadigan yorug’lik impulslari chiqarishga imkon berdi.Kuchli yorug’lik impulsining maydoni ta’siri ostida suyuqliklarda nurning ikkiga ajralib sinish hodisasi eksperimentda isbot etildi.
F svetofiltrdan o’tgach, zangori yorug’lik o’ngdan chapga tomon yurib, ichiga tekshirilayotgan suyuqlik quyilgan yacheyka orqali o’tadi va S plastinkadan qaytib, FEK fotoko’paytirgichga tushadi. Polyarizatorlar ayqashtirib qo’yilganda zangori yorug’lik FEK ga tusholmaydi. Agar bunday qurilmaga chapdan o’ngga tomon kuchli yorug’lik impulsi kirsa, bu impuls suyuqlikda nurning ikkiga ajralib sinish hodisasini yuzaga keltiradi va suyuqlik quyib qo’yilgan yacheykadan impuls o’tib turgan vaqt davomida zangori yorug’lik FEK ga tushib turadi.
Kerr effekti suyuqlik molekulаlаrining elektr mаydonidа turli yo’nаlishlаrdа turlichа qutblаnishigааsoslаngаn.Bu hodisа deyarli inersiyasizdir.Mаydon qo’yilishi bilаn 1-10s dаn keyinoq effekt kuzаtilаdi. SHuning uchun bu hodisа yorug’lik oqimi intensivligini boshqаrishdа keng qo’llаnilаdi. Bu hodisааmorf jismlаr, suyuqliklаr, gаzlаrdа kuzаtilаdi.
Molekulyar nuqtai nazardan qaraganda Kerr hodisasiga u yuz beradigan suyuqlik yoki gazlar molekulalarining optik anizotropiyasi sabab bo’ladi. Bunday anizotrop molekulalar yorug’lik to’lqinining maydonida uning elektr vektoriga nisbatan qanday joylashganligiga qarab oz yoki ko’p darajada qutblanadi. Biroq muhitni tashkil etgan molekulalar odatdagi sharoitda juda xaotik joylashgan bo’ladi, shuning uchun elektr vektorining yo’nalishi har qanday bo’lgan yorug’lik to’lqini tarqalganda har qanday yo’nalishda o’rta hisobda bir xil sharoitda bo’ladi: muhit makroskopik jihatdan izotropik bo’ladi. Biroq yetarlicha kuchli elektr maydoni ta’sir etganda muhitning molekulalari asosan bir yo’nalishda joylashib qolsa, unda muhitdagi ba’zi yo’nalish boshqalaridagiga qaraganda ko’proq qutblanish bo’ladigan muhitga aylanib qoladi. Shuning uchun yorug’lik to’lqinining tarqalish tezligi ham muhit ichidagi tolqinning elektr vektorining qanday joylashishiga, ya’ni yorug’lik to’lqinlarining tarqalish yo’nalishiga va qutblanish xarakteriga bog’liq bo’ladi: muhit anizotrop muhit bo’lib qoladi.
Kerr hodisasining tabiatini tadqiq etish uchun elektr maydonida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasining paydo bo’lishiga yoki yo’qolishiga sabab bo’ladigan protseslarning davom etish vaqti to’g’risidagi masalaning hal etilishi muhim ahamiyatga ega.Kerr hodisasining qancha vaqt davom etishini dastlab Abragam bilan Lemuan (1899yil) o’lchab ko’rdilar, keyinchalik bu ish 1939-yilgacha bir necha marotaba takrorlandi. Kerr hodisasining davom etish vaqti lazer yorug’ligining kuchli va qisqa impulslari ishlatilganda miqdor jihatidan aniqlandi.

2.2 5-rasm.Nurning ikkiga ajralib sinish hodisasining yo’qolish vaqtini aniqlash tajribasi sxemasi.
Kerr effekti nihoyatda tez qaror topishi va yo’qolishi tufayli ko’pgina ilmiy va texnik maqsadlarda qo’llaniladigan bo’lib qoldi.Kerr effekti suyuqlik molekulаlаrining elektr mаydonidа turli yo’nаlishlаrdа turlichа qutblаnishigа аsoslаngаn.Bu hodisа deyarli inersiyasizdir. Mаydon qo’yilishi bilаn 1-10s dаn keyinoq effekt kuzаtilаdi.SHuning uchun bu hodisа yorug’lik oqimi intensivligini boshqаrishdа keng qo’llаnilаdi. Bu hodisааmorf jismlаr, suyuqliklаr, gаzlаrdа kuzаtilаdi.
3. Elektr maydonida nurning ikkiga ajralib sinishiga o’xshash magnit maydoni ta’sirida ham sun’iy anizotropiya hosil qilish mumkin. Agar anizotrop molekulalar o’zgarmas elektr momentiga ega bo’lsa, ularning magnit maydoni ta’siri ostidagi xarakteri elektr maydonida bo’ladigan hodisaga o’xshash bo’lishi kerak.Garchi alohida molekulalar anizotrop bo’lsada, tashqi magnit maydoni bo’lmaganda molekulalar xaotik joylashganligi tufayli muhit makroskopik jihatdan izotrop bo’ladi.Molekulalarning magnit momentlariga ta’sir tuvchi kuchli magnit maydoni berilganda molekulalar bu tashqi maydonga nisbatan ma’lum tartibda joylashishi oqibatida butun muhit anizotropiya xossalariga molik bo’ladi, bu xossalarni odatdagi usul bilan kuzatish mumkin.Haqiqatdan ham, yorug’likning tarqalish chizig’iga ko’ndalang yo’nalgan kuchli magnit maydoni ta’siri ostida nurning ikkiga ajralib sinish hodisasi yuz bergani aniqlandi.Bu tajribaning sxemasi Kerr sxemasini kuzatishda qo’llanilgan sxemaga o’xshaydi. Uning qonuni Kerr qonnuni kabi quyidagicha ko’rinishga ega:
n_e-n_o=DH²yoki (2.2.9)
Bu yerda H – magnit maydon kuchlanganligi, C=D\λ – muhit xossalariga bog’liq bo’lgan doimiy miqdor. Tavsif etilayotgan hodisaning qonuniyatlari va nazariyasi Kerr hodisasining qonuniyatlari va nazariyasiga butunlay o’xshaydi. Shunday qilib, shu va shunga o’xshash usullar orqali sun’iy anizotropiyani hosil qilish mumkin.

Xulosa
Moddaning qattiq holati o’zining fizik xususiyatlari jihatidan farq qiladi. Qattiq jismlar shu sababdan kristall va amorf jismlarga ajratiladi. Amorf jismlar aniq erish tempetaruraga ega bo’lmaydi,ba’zi xususiyati jihatidan suyuqliklarga o’xshash, masalan oquvchanlik xossasi. Kristall jismlar aniq erish temperaturaga ega. Ularning molekulyar tuzilishi, ichki strukturasi ma’lum qonunuyatga ega. Ana shu ichki struktura kristall jismlarda tashqi ta’sirlarni, issiqlik, yorug’lik va boshqalarni turli yo’nalishda turlicha uzatilishiga sabab bo’ladi. Qattiq jismlar shuningdek, izotrop va anizotroplik xossalarini namoyon etadi. Izotroplik xossasi bu moddaga ko’rsatilgan tashqi ta’sir uning hamma yo’nalishlarida bir xilda ta’sir ko’rsatishidir, uning hamma nuqtalariga bir xilda uzatilishidir. Anizotroplik xususiyati esa, moddaga ko’rsatilgan tashqi ta’sir yorug’lik , issiqlik va boshqa ta’sirlar unda tanlab olingan turli yo’nalishlarda turlicha namoyon bo’ladi. Izotrop jismlarga shisha, plastmassa, polimerlar misol bo’ladi. Anizotrop jismlarga esa barcha metallar kiradi. Qaralayotgan bir parametrga nisbatan anizotrop bo’lgan jism, boshqa ikkinchi parameter uchun izotrop bo’lishi mumkin. Men ushbu kurs ishida izotrop va anizotrop kristallarning umumiy xususiyatlari bilan bir qatorda optik xususiyatlarini ham ko’rib chiqishga harakat qildim.Anizotrop kristallardan optik muhit sifatida foydalanib ularga yorug’lik tushirilganda yorug’likning qutblanishi, nurning ikkilanib sinishi kabi bir qator holatlar yuz beradi. Bundan tashqari tabiiy anizotroplikdan tashqari, sun’iy anizotroplikni ham hosil qilish mumkinligini ko’rib chiqdim.Bu borada olimlarnitajribalarini keltirib o’tdim.Qaysi usul, qanday holatlarda samaraliroq ekanligini aniqladim, tegishli xulosalar chiqardim.