Numéro
J. Phys. France
Volume 29, Numéro 7, juillet 1968
Page(s) 619 - 630
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01968002907061900
J. Phys. France 29, 619-630 (1968)
DOI: 10.1051/jphys:01968002907061900

Théorie de l'anisotropie optique des mélanges de molécules différentes avec interactions

S. Kielich

Chaire de Physique Moléculaire de l'Université A. Mickiewicz à Poznan, Grunwaldzka 6, Pologne


Abstract
A quantity termed effective optical anisotropy Δ2, occurring in anisotropic light scattering and optically induced birefringence of isotropic bodies, is discussed. By statistical mechanics, it is shown that for multicomponent systems Δ2 can be expressed as a power series in the molar fractions x, the first coefficient (linear in x) being the sum of the optical anisotropies of the isolated molecules ; the subsequent coefficients (non-linear in x) express the deviation of Δ2 from additivity and are given, beside the electro-optical parameters of the isolated molecules, by the binary, ternary, etc., correlation functions. A detailed discussion of these non-additive coefficients is given for some molecular models taking into consideration various interactions between molecules of arbitrary symmetry presenting in general electrical multipoles. Δ2 is calculated numerically for several liquids on the basis of Lorentz's ellipsoidal model and that of Onsager-Scholte ; the results are compared with those from accessible measurements. Investigation of the effective optical anisotropy is shown to provide information not only on the linear optical properties of isolated molecules but also on their non-linear optical and multipolar electrical properties, as well as on the various intermolecular correlations in dense systems.


Résumé
On discute une grandeur dite anisotropie optique effective Δ2 qui intervient dans la diffusion anisotrope de la lumière et la biréfringence optique induite dans un corps isotrope par un faisceau intense de laser. A partir de la mécanique statistique, on montre que, dans le cas des systèmes à plusieurs composants, Δ2 peut être exprimé par une série de puissances des fractions molaires x dont le premier coefficient (linéaire par rapport à x) est la somme des anisotropies optiques des molécules isolées. Les autres coefficients de cette série (non linéaires par rapport à x) rendent compte de la non-additivité de Δ2 et s'expriment, en plus des paramètres électro-optiques des molécules isolées, par les fonctions de corrélation binaires, ternaires, etc. On discute en détail ces coefficients non additifs pour plusieurs modèles moléculaires en tenant compte de différentes interactions entre des molécules à symétrie arbitraire, présentant en général des multipôles électriques. On calcule numériquement Δ2 pour quelques liquides en recourant au modèle ellipsoïdal de Lorentz et à celui d'Onsager-Scholte ; les résultats sont comparés à ceux des mesures disponibles. On montre que l'étude de l'anisotropie optique effective fournit, en plus des renseignements sur les propriétés optiques linéaires des molécules isolées, des informations sur leurs propriétés optiques non linéaires et électriques multipolaires, ainsi que des données sur leurs différentes corrélations dans les systèmes denses.

PACS
3320 - Molecular spectra.

Key words
molecules -- optics