webdonsk.ruЯчейка керра своими руками
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 28.08.2024
электрооптическое устройство, основанное на эффекте Керра, применяемое в качестве оптического затвора или модулятора света. Является наиболее быстродействующим устройством для управления интенсивностью светового потока (скорость срабатывания 10 -9 —10 -12 сек). К. я. состоит из сосуда с прозрачными окнами, заполненного жидкостью, в которой имеет место эффект Кера. В жидкость погружены два электрода, образующие плоский конденсатор. Между электродами проходит световой луч. Сосуд помещается между поляризатором и анализатором света, находящимися в скрещенном положении. Направление электрического поля Е в конденсаторе составляет угол 45° с направлениями электрического поля поляризованных световых колебаний (см. Поляризация света). В отсутствии электрического поля анализатор не пропускает света. При включении электрического поля в жидкости возникает Двойное лучепреломление. В результате этого К. я. становится прозрачной для проходящего света (см. Керра эффект). В зависимости от заполняющей жидкости (применяются жидкости с большой постоянной Керра, например нитробензол и размеров ячейки максимальная прозрачность достигается при напряжении на электродах V от 3 до 30 кв.
К. я. ранее использовалась в кинематографии для записи звука на звуковую дорожку (тагефон), однако в дальнейшем была вытеснена другими устройствами. Применяется в скоростной фото- и киносъёмках, в оптической телефонии, в оптической локации, геодезических дальномерных устройствах и в схемах управления оптических квантовых генераторов (см. Лазер). Быстродействие К. я. позволяет использовать ее и для измерения скорости света в лабораторных условиях: свет, пройдя К. я., отражается от зеркала и снова проходит ячейку в обратном направлении с опозданием, обусловленным длиной пути от ячейки до зеркала и обратно. Этот метод имеет историческое значение и эффектен как лекционная демонстрация. В ряде применений жидкостная К. я. заменяется кристаллической ячейкой, действие которой основано на Поккельса эффекте.
Лит.: Тагер П., Ячейка Керра, М. — Л., 1937; Высокоскоростная кинофотосъёмка в науке и технике, пер. с англ. и франц., под ред. П. Г. Тагера, М., 1955.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Полезное
Смотреть что такое "Керра ячейка" в других словарях:
КЕРРА ЯЧЕЙКА — электрооптич. устройство, основанное на Керра эффекте, применяемое в кач ве оптического затвора или модулятора света; наиболее быстродействующее устройство для управления интенсивностью светового потока (скорость срабатывания =10 9 10 13 с). К. я … Физическая энциклопедия
КЕРРА ЯЧЕЙКА — устройство, основанное на электрооптическом Керра эффекте и применяемое совместно с 2 поляризаторами в качестве оптического затвора (см. Модуляция света). Отличается быстродействием (скорость срабатывания 10 9 10 12 с) … Большой Энциклопедический словарь
КЕРРА ЯЧЕЙКА — электрооптическое устройство, применяемое в качестве быстродействующего безынерционного оптического затвора (см. (6)) или модулятора света в скоростной фото и киносъёмке, в оптической телефонии, в оптической локации, геодезических дальномерных… … Большая политехническая энциклопедия
керра ячейка — устройство, основанное на электрооптическом Керра эффекте и применяемое совместно с двумя поляризаторами в качестве оптического затвора (см. Модуляция света). Отличается быстродействием (скорость срабатывания 10–9 10–12?C). * * * КЕРРА ЯЧЕЙКА… … Энциклопедический словарь
Керра ячейка — Ячейка Керра устройство, основанное на эффекте Керра явлении возникновения под действием электрического поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. Отличается высоким быстродействием (10 - 9 ? 10 - 12 секунды). Состоит из среды с … Википедия
КЕРРА ЯЧЕЙКА — устройство, основанное на эл. оптич. Керра эффекте и применяемое совм. с двумя поляризаторами в качестве оптич. затвора и модулятора света. Отличается быстродействием (скорость срабатывания 10 9 10 12с) … Естествознание. Энциклопедический словарь
КЕРРА ЭФФЕКТ — квадратичный электрооптич. эффект, возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных в вах (жидкостях, стёклах, кристаллах с центром симметрии) под воздействием однородного электрич. поля. Открыт шотл. физиком Дж. Керром (J. Kerr) в… … Физическая энциклопедия
ЯЧЕЙКА — (1) базовая группа элементарных интегральных микроструктур, являющаяся составной конструктивной единицей большой интегральной структуры; (2) Я. Керра см. () . памяти ЭВМ часть запоминающего устройства, предназначенная для хранения информации,… … Большая политехническая энциклопедия
Керра эффект — Кeppa явление, возникновение двойного лучепреломления (См. Двойное лучепреломление) в оптически изотропных веществах, например жидкостях и газах, под воздействием однородного электрического поля. Открыт Дж. Керром в 1875. В результате К.… … Большая советская энциклопедия
Ячейка Керра — устройство, основанное на эффекте Керра явлении возникновения под действием электрического поля в оптически изотропных средах двойного лучепреломления. Отличается высоким быстродействием ( секунды). Состоит из среды с Керроевской нелинейностью… … Википедия
Двойное лучепреломление в оптически изотропных веществах (жидкостях и газах) под воздействием однородного электрического поля.
Ячейка Керра - прозрачная емкость, заполненная жидкостью (нитробензол, ацетон).
Разновидность – Поккельса эффект жидкость заменена кристаллом
Большие напряжения для достижения максимальной прозрачности 3-30 киловольт.
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.
Если свет является таким же излучением, как и электрический ток, то в среде, где он явно притормаживается, происходит его втягивание в поток излучения от минусовой пластины к плюсовой конденсатора. Т.е. в жидкости происходит изгибание светового потока в сторону положительной пластины.
То же мы наблюдаем и с катодными лучами. Величина отклонения зависит от материала, температуры и обязательно должна зависеть от давления. Ну и само собой от разницы потенциалов.
Как указывалось выше, двойное лучепреломление в кристаллах тесно связано с анизотропией их остальных физических свойств.
Рис. 145. Разложение колебаний в кристалле.
Если у аморфных тел вызвать искусственную анизотропию их свойств, то при этом также можно ожидать появления двойного лучепреломления. Действительно, кусок стекла, сжатый в одном каком-либо направлении, приобретает свойство двойного лучепреломления. Такой кусок стекла, помещенный между двумя николями, дает интерференционную картину (рис. V в конце книги), причем на одной и той же интерференционной полосе лежат точки с одинаковым сжатием или растяжением.
Этим пользуются для практических целей, когда надо выяснить распределение напряжений в какой-либо механической детали. Для этого изготовляют из целлулоида модель детали, например фермы, нагружают ее соответствующими грузами и помещают между скрещенными поляризатором и анализатором (николи или поляроиды). Тогда видимая интерференционная картина сразу дает распределение натяжений. Возникает вопрос, в какой мере можно переносить результаты, полученные на модели, сделанной из одного вещества, на реальный объект, состоящий из другого вещества? В теории упругости имеется очень важная теорема, согласно которой распределение напряжений в теле не зависит от значений модуля Юнга и коэффициента Пуассона (т. I, § 43, 1959 г.). От них зависят только абсолютные величины напряжений. Этим и определяется эффективность оптического метода исследования распределения механических напряжений. В таких стеклянных изделиях, как радиолампы и телевизионные трубки, оптический метод служит для непосредственного определения вредных напряжений и браковки.
Оптический метод применяют не только при статических условиях, но и при динамических нагрузках. Например, модель маховика приводят в быстрое вращение и, сочетая стробоскопический метод наблюдения с поляризационным, получают распределение возникающих при этом напряжений (рис. VI в конце книги).
Оптическим методом пользуются при выборе рациональной формы резцов для токарных станков, мостовых ферм, подпорных стенок гидростанций и других строительных сооружений. В России пионером применения этого весьма полезного метода был известный профессор механики В. Л. Кирпичев.
Поскольку величина двойного лучепреломления пропорциональна градиенту натяжений в целлулоиде, то, анализируя наблюдаемую картину, можно сделать и количественные заключения. Для получения количественных данных необходимо знать разность фаз между обыкновенными и необыкновенными лучами, возникающими в таком искусственном кристалле. Измерение разности фаз производится при помощи так называемого компенсатора — кристаллической пластинки, вырезанной параллельно оптической оси. Компенсатора расположенный соответствующим образом, благодаря двойному лучепреломлению уничтожает (компенсирует) получившуюся разность фаз. Шкала компенсатора дает искомую величину разности фаз.
Очень интересно использована интерференция поляризованного света для исследования потока жидкости. С этой целью применяются коллоидные растворы с частицами удлиненной формы и обладающими двойным лучепреломлением. Наилучшие результаты дают растворы пентаоксида ванадия ( и бентонитовых глин. При движении потока частицы ориентируются вдоль направления скорости и жидкость становится анизотропной по своим оптическим свойствам. Ориентация частиц выражена тем сильнее, чем больше скорость жидкости. Помещая плоскопараллельный сосуд со стеклянными стенками между поляроидами, можно таким методом получить распределение скоростей по сечению потока. Преимущество метода состоит в большой чувствительности, позволяющей исследовать очень медленные потоки.
Двойное лучепреломление в аморфных телах может вызываться также наложением электрических и магнитных полей. Магнитное поле дает весьма слабый эффект; мы подробнее остановимся на действии электрического поля, на так называемом эффекте Керра. Появление двойного лучепреломления в жидкостях, помещенных в электрическое поле, объясняется, по Ланжевену, ориентацией молекул в электрическом поле, которая создает структуру, подобную кристаллической: молекулы поворачиваются по полю так же, как стрелка компаса в магнитном поле Земли. Чем большей анизотропией обладают молекулы, тем сильнее эффект. Обычно в качестве такой жидкости применяют нитробензол. Схема для наблюдения эффекта Керра изображена на рис. 146. Между двумя скрещенными
николями помещают кусок прозрачного вещества или, что лучше, сосуд с какой-нибудь непроводящей жидкостью, например с нитробензолом; между металлическими пластинами, погруженными в жидкость, накладывается большая разность потенциалов; тогда жидкость становится двупреломляющей. Разность показателей преломления связана с напряженностью поля следующим простым соотношением:
где В — так называемая константа Керра.
Рис. 146. Схема установки для наблюдения явления Керра.
Чтобы привести формулу к более удобному для расчетов виду, умножим ее правую и левую части на длину слоя I и разделим на Тогда получим следующее выражение:
Так как длина волны обыкновенного луча в жидкости, то -у есть число волн обыкновенного луча, укладывающихся на длине слоя та же величина для необыкновенного луча. Поэтому левая часть вышеприведенной формулы есть не что иное, как разность хода между этими лучами, выраженная числом длин волн.
Из формулы (6) легко вычислить разность потенциалов, необходимую для получения максимума света, прошедшего сквозь керровскую ячейку. Как мы уже указывали в § 37, максимум яркости при скрещенных николях соответствует разности фаз или, что то же, разности хода в полволны, т. е. левая часть (6) должна равняться 0,5. В случае нитробензола константа В имеет величину около длину сосуда примем равной 0,5 см; расстояние между пластинами пусть будет Тогда
где — разность потенциалов в электростатических единицах:
ОПИСАНИЕ
Эффект Керра – явление, происходящее почти во всех изотропных прозрачных веществах, когда они находятся под влиянием магнитного поля: в этом случае, они терпят изменения их оптических свойств и становятся двулучепреломляющими. Такое поведение является особенностью одиночного кристалла с оптической осью, параллельной направлению электрического поля. Типичное применение эффекта Керра. Он состоит из конденсатора с диэлектриком, расположенным между двумя пересекающимися поляризаторами. Если электрическое поле не обнаружено на конденсаторе пластины, то интенсивность волны, подаваемой вторым поляризатором, равна нулю. Подача напряжения создаст электрическое поле через обкладки конденсатора, а фазовый сдвиг индуцируется на волну. Волна будет смещена эллиптически на выходе ячейки, и второй поляризатор будет посылать только компонент, параллельный его собственной оптической оси. Этот эксперимент позволяет оценить эффект Керра в растворе нитробензола. Небольшой сосуд из стекла, включая пластины конденсатора, заполнены жидкостью. Это судно удерживается между двумя папками, расположенными под углом 90 °. Вначале будет отображаться темное поле на экране, но после применения электрического поля отображающееся поле станет более четким, потому что луч света электрически отклоняется при пересечении с двоякопреломляющей жидкостью.
ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ
Демонстрация эффекта Керра в растворе нитробензола.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
• 1 ячейка Керра
• 2 поляризатора / анализаторы
• 1 галогенный источник света
• 1 бутылка 500 мл нитробензола
• 1 проекционный экран
• 1 высоковольтный источник питания (0-5 к Vdc)
• 1 блок питания (2-12 В постоянного тока)
• 1 призма
• Оптическая скамья - 1 м
• Выпуклые линзы на держателе линзы
• Руководство для галогенной лампы
• 1 красный фильтр монохроматического света
• 1 желтый фильтр монохроматического света
• 1 синий и фиолетовый фильтры монохроматического света
• 1 желто-зеленый фильтр монохроматического света
• Красный и черный гибкие кабели
Галогеновый источник света
Высокоинтенсивный галогеновый источник света (12 В, 50 Вт).
Конденсатор и контроллер пути позволяют получить регулируемый сходящийся пучок. Некоторые боковые решетки позволяют соответствующую вентиляцию. Установлен на опоре (диаметр 10 мм).
Фильтры монохроматического света
нескольких спектральных диапазонов:
Цвет Полоса пропускания
Красный > 635
Желтый 560 - 595
Желто-зеленый 510 - 570
Синий и фиолетовый 405 – 470
Поляризатор / анализатор
Используется для вывода линейно смещенного света. Установлен на опоре со стержнем.
• Угол обзора: в диапазоне от 0 ° до 90 °
• Диафрагма: 21 мм
• Штанга: диаметр 10 мм
Ячейка Керра
Используется для наблюдения за двулучепреломлением диэлектрического смещения в электрическом поле. Она состоит из небольшого стеклянного сосуда с пластиной конденсатора.
• Расстояние между электродами: 1 мм
• Ток на выходе: 5000 В постоянного тока
• Размеры: 50 х 50 х 20 мм.
Нашими клиентами уже стали сотни университетов, техникумов, колледжей и училищ по всей России и странам ближнего зарубежья. Надеемся на плодотворное сотрудничество!
Читайте также: