effetto Kerr
effetto Kerr
Variazione dell’indice di rifrazione di un dielettrico sottoposto a un campo elettrico. La materia può rispondere in modi diversi alla sollecitazione di un campo elettrico esterno. Il campo esterno, infatti, perturba la distribuzione degli elettroni nella materia e quindi ne modifica la polarizzazione elettronica. L’effetto del campo è diverso a seconda del tipo di materiale. In materiali dielettrici omogenei e isotropi la polarizzazione, che è un vettore e misura la densità di volume del momento di dipolo del materiale, è allineata lungo la direzione del campo applicato ed è linearmente proporzionale alla sua intensità. Il coefficiente di questa proporzionalità è legato alla suscettività elettrica del materiale χ. Nei materiali anisotropi la risposta è più complicata. La polarizzazione lungo ciascuna direzione Pι dipende in questo caso dalla suscettività elettrica lungo tutte e tre le direzioni e Pι non è allineata lungo il campo:
dove ε0 è la costante dielettrica del vuoto. In ogni caso la risposta è ancora lineare rispetto all’intensità del campo perturbante. In alcuni materiali, tuttavia, la risposta è non lineare. Occorre quindi introdurre termini perturbativi per poterla calcolare. Formalmente si ha:
Per i materiali nei quali il termine al terzo ordine χ(3) è importante si osserva l’effetto Kerr, dal nome del fisico scozzese John Kerr che lo studiò per primo. È possibile mostrare che quando questo termine è importante, la suscettività elettrica del materiale può essere riscritta come (χ(1)+αχ(3)*|E|2), dove E indica il campo esterno. Questo cambiamento della suscettività dà luogo in mezzi non simmetrici a un cambio dell’indice di rifrazione pari a Δn∼K|E|2, dove K è la costante di Kerr. Secondo il tipo di campo applicato, lentamente variabile o velocemente variabile (come quello generato dalla luce stessa), si parla rispettivamente di effetto Kerr optoelettrico e ottico. Il cambiamento dell’indice di rifrazione causato dall’effetto Kerr dà per es. luogo al fenomeno di birifrangenza, ossia lo sdoppiamento di un segnale luminoso lungo alcune ;direzioni del materiale.