Фарадея эффект

Фараде́я эффе́кт

Один из эффектов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации (См. Вращение плоскости поляризации) электромагнитного излучения (например, Света), распространяющегося в веществе вдоль силовых линий постоянного магнитного поля, проходящих через это вещество. Открыт М. Фарадеем (См. Фарадей) в 1845 н явился первым доказательством наличия прямой связи между магнетизмом и светом.

Феноменологическое объяснение Ф. з. заключается в следующем. Намагниченное вещество в общем случае уже нельзя охарактеризовать единым преломления показателем (См. Преломления показатель) n. Показатели преломления n ₊ и n_- для излучения правой и левой круговых поляризаций становятся различными (см. Магнитооптика). Проходящее через изотропную среду линейно поляризованное излучение всегда может быть формально представлено как суперпозиция (наложение) двух поляризованных по правому и левому кругу волн с противоположным направлением вращения. Различие n ₊ и n_- приводит к тому, что поляризованные по правому и левому кругу составляющие излучения распространяются в среде с различными фазовыми скоростями, приобретая Разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути (См. Оптическая длина пути). В результате плоскость поляризации монохроматического света (См. Монохроматический свет) с длиной волны (после прохождения в среде пути l поворачивается на угол ϑ: (= πl (n ₊ – n_-)/λ. Разность (n ₊ – n_-) линейно зависит от напряжённости магнитного поля Н (См. Напряжённость магнитного поля) в области не очень сильных полей, в которой в общем случае справедливо соотношение ϑ = VHl, где константа пропорциональности V зависит от свойств вещества, длины волны излучения и температуры и носит название Верде постоянной (См. Верде постоянная).

Ф. э. оказался тесно связанным с Зеемана эффектом, открытым в 1896 и обусловленным расщеплением уровней энергии (См. Уровни энергии) атомов и молекул магнитным полем. Частоты, соответствующие отщепленным уровням, сдвигаются симметрично по отношению к основной частоте. Эта симметричность проявляется, в частности, в том, что Квантовые переходы между этими уровнями при продольном относительно поля распространении света (в этом случае можно считать исходный уровень расщепленным лишь на 2 подуровня) происходят с испусканием и поглощением Фотонов, поляризованных по кругу направо и налево. В результате показатели преломления (и коэффициент поглощения),. слабо зависящие от длины волны (частоты) света, становятся различными для право- и левополяризованных по кругу компонент монохроматического излучения. Грубо можно сказать, что различие скоростей обусловлено различием длин волн (частот) света, поглощаемого и переизлучаемого частицами вещества. Строгое описание Ф. э. возможно лишь в рамках квантовой теории.

В Ф. э. ярко проявляется специфический характер вектора напряжённости магнитного поля Н (Н – Осевой вектор, «псевдовектор»). Обусловленное Н направление поворота плоскости поляризации при Ф. э., в отличие от явления естественной оптической активности (См. Оптическая активность), не зависит от направления распространения излучения. Поэтому многократное прохождение света через среду, помещенную в магнитное поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее число раз. Эта особенность Ф. э. нашла применение при конструировании т. н. невзаимных оптических и микроволновых устройств, Циркуляторов, Гираторов, фазовращателей (См. Фазовращатель) СВЧ и т.д. Ф. э. широко используется в научных исследованиях.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд.,. М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. – Л., 1951; Фриш С. Э., Оптические спектры атомов, М. – Л., 1963.

В. С. Запасский.