Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 118
Текст из файла (страница 118)
Во всех промежуточных случаях, которые можно осуществлять, меняя величину задержки, на фотоумножитель оудет попадать нарастающее количество света, которое достигнет максимума и затем начнет уменьшаться. Как показывают расчеты, время существования явления Керра, или, что то же самое, время релаксации анизотропии, может быть определено из хода убывания интенсивности света зеленого импульса в зависимости от разности времен прихода обоих импульсов. Такие измерения показали, что время релаксации анизотропии в сероуглероде равно 2 10 12 с, а в нитробензоле 50 10 'в с.
Полученные таким способом данные находятся в хорошем согласии с косвенными методами измерения этих величин (см. 8' 161 г). Ячейка Керра, работающая в электрическом поле короткого мощного светового импульса, может служить фотографическим затвором, который позволяет делать время экспозиции порядка 10 1Я с. Она с успехом применяется для изучения длительности люминесценции и других молекулярных процессов. Ячейка Керра, подобная изобра- 489 ГЛ. ХХУН. ИСКУ'ССТВЕННАЯ А11ИЗОТРОТ1ИЯ женной на рис. 27.2, может служить для модуляции интенсивности света; необходимо только питать конденсатор напряжением высокой частоты.
Если к обкладкам конденсатора Керра подавать импульс напряжения, то ячейка играет роль затвора, длительность действия которого определяется длительностью электрического импульса. Ячейки Керра как модулятор и затвор применяются для управления режимом работы оптических квантовых генераторов (см. 8 226). Благодаря чрезвычайной быстроте установления и исчезновения эффекта Керра оказалось возможным использовать его для многих научных и технических целей. й 153. Двойное лучепреломление в магнитном поле 1явление Коттон — Мутона) Аналогично возникновению двойного лучепреломления в электрическом поле возможно также и создание искусственной анизотропии под действием магнитного поля.
Если анизотропные молекулы обладают дополнительно постоянным магнитным моментом ~пара- магнитное тело), подобно тому, как молекулы, будучи анизотропными, обладают постоянным электрическим моментом, то их поведение под действием магнитного поля должно представлять аналогию с явлением, наблюдаемым в электрическом поле.
В отсутствие внешнего магнитного поля хаотическое расположение молекул обеспечивает макроскопическую изотропию среды, несмотря на. анизотропию отдельных молекул. Наложение достаточно сильного магнитного поля, воздействующего на магнитные моменты молекул, ориентирует их определенным образом относительно этого внешнего поля. Ориентация анизотропных молекул сообщает всей среде свойства анизотропии, которые можно наблюдать обычным способом. Действительно, удалось обнаружить возникновение двойного лучепреломления под действием сильного магнитного поля, направленного поперечно к линии распространения света. Схема расположения опыта аналогична схеме, применяемой для наблюдения явления Керра.
Закон двойного лучепреломления в магнитном поле, который можно вывести па основании этих опытов, аналогичен находимому для явления Керра, а именно, он имеет вид и,, — по = БН или — = ' = С1Н > (153.1) Л Л где Н вЂ” напряженность магнитного поля., С = В/Л вЂ” постоянная, зависящая от свойств среды, Величина этой постоянной очень мала, так что результат удалось получить лишь благодаря применению мощного магнита, позволявшего создавать сильные поля в больших объемах.
'1ак, для нитробензола найдено С = 2,53 10 1~ СГСМ. Это значит, что, например, в поле 20 000 Э при длине светового пути, равной 8 см, разность хода двух компонент равнялась 0,008 Л, что соответствует разности фаз всего около 3'. Закономерности и теория описываемого явления представляют полную аналогию с закономерностями и теорией явления Керра. МОЛЕК УЛЯРНАЯ ОПТИКА Глава ХХУП1 ДИСПЕРСИЯ И АБСОРБЦИЯ СВЕТА ~ 154.
Трудности электромагнитной теории Максвелла Световая волна в вакууме представляет собой переменное электромагнитное поле высокой частоты, распространяющееся с постоянной скоростью (с = 2,9979 10'" см/с), не зависящей от частоты. Последнее обстоятельство может считаться установленным с болыпой степенью достоверности наблюдениями над астрономическими явлениями. Так, исследование затмения удаленных двойных звезд не обнаруживает никаких аномалий в спектральном составе света, доходящего до нас в начале и конце затмений. Между тем затмение звезды или выход ее из тени своего спутника означает обрыв или начало распространения светового импульса, далеко не монохроматического и могущего рассматриваться как результат наложения многих монохроматических излучений. Если бы скорость этих излучений в межпланетном пространстве была различна, то импульс должен был бы дойти до нас значительно деформированным. Например.
предположим для простоты, что этот импульс можно уподобить двум почти монохроматическим группам, «синей» и «красной», и примем, что скорость распространения «красной» группы больше, чем «синей»; мы должны были бы наблюдать при начале затмения изменение цвета звезды от нормального к синему, а при окончании его от красного к нормальному.
При огромных расстояниях, отделяющих от нас двойные звезды, даже ничтожная разница в скоростях должна была бы дать заметный эффект. В действительности же такой эффект не имеет места. Так, наблюдения Араго над переменной звездой Алголь привели его к заключению, что разность между скоростью распространения красного и фиолетового излучения во всяком случае меньше одной стотысячной величины самой скорости. Эти и подобные наблюдения заставляют признать, что дисперсия света в межпланетном пространстве ) отсутствует.
При вступлении же в обычные среды свет испытывает изменение скорости (рефракция или преломление). и притом для раз- 11 ) Межпланетное пространство может рассматриваться как наиболее полное приближение к вакууму. По астрофизическим данным средняя плотность вещества в межпланетном пространстве — около одного атома на 1 см, тогда как в лучших вакуумных приборах она не меньше 10 атомов » 1 на 1 см (а обычно гораздо больше). ГЛ. ХХЧП1.
ДИСПЕРСИЯ И АБСОРБЦИЯ СВЕТА 491 ных частот скорость в средах оказывается различной, т.е. показатель преломления п зависит от частоты или длины волны: и = 1(Л) (дисперсия света). Наличие дисперсии света. является одним из фундаментальных затруднений первоначальной электромагнитной теории света Максвелла. Эта теория, связавтпая воедино электромагнитные и оптические явления, представляла, громадньнл шаг вперед и стала научным обобщением крупнейшего масштаба.
Теория Максвечла позволила раскрыть смысл явления Фарадея (вращение плоскости поляризации в магнитном поле), открытого почти за четверть века. до того; она, несомненно, стимулировала дальнейшие изыскания в области магнето- и электрооптики, приведшие к двум важным открытиям Керра: двойного лучепреломления в электрическом поле и поворота плоскости поляризации при отражении от намагниченного ферромагнетика. Наконец, теория Максвелла устранила. ряд неясностей и противоречий «упругой» оптики. Важнейп1им выводом теории Максвелла явилось положение, согласно которому скорость распространения электромагнитного поля в вакууме равняется отноп1ени1о электромагнитных и электростатических единиц силы тока; второй, не менее важный вывод гласил, что показатель преломления электромагнитных волн равняется ~7р, где я - диэлектрическая, а р - магнитная проницаемости среды.
Таким образом, скорость распространения электромагнитной волны, в частности света, оказалась связанной с константами вещества, в котором распространяется свет. Эти константы первоначально вводились в уравнения Максвелла формально и имели чисто феноменологический характер. Напомним, что в механической (упругой) теории никакой связи между оптическими характеристиками среды (скорость света) и ее механическими свойствами (упругость, плотность) установлено не было. Известно, что для целого ряда. газообразных и жидких диэлектриков соотношение Максвелла и = /Тр «Д (ибо,и близко к 1) выполняется достаточно хоро1по; об этом свидетельствуют следующие данные для различных веществ: Однако для многих других тел, например для стекла и таких жидкостей, как вода и спирты, я гораздо больп1е и~.
Так, для воды и~ = = 1,75, тогда как е = 81. Кроме того, как уже сказано, показатель преломления зависит от длины волны (дисперсия). Таким образом, выяснилась необходимость дополнения уравнений Максвелла какой-либо 492 МОЛВКУЛЯРНАЯ ОП'ГИКА моделью среды, описывающей явление дисперсии. Трудности объяснения дисперсии света в рамках представлений электромагнитной теории полностью устраняются электронной теорией, позволившей дать молекулярное истолкование феноменологическим параметрам е и р и объяснившей одновременно влияние частоты электромагнитного поля на е и, следовательно, на и.
$ 155. Дисперсия света. Методы наблюдения и результаты Любой метод, который применяется для определения показателя преломления, - преломление в призмах, полное внутреннее отражение, интерференционные приборы может служить для обнаружения дисперсии. Первые экспериментальные исследования дисперсии света, принадлежащие Ньютону (1672 г.) ), были выполнены по способу преломления в призме, представляющему и поныне хороший метод для демонстраций и исследований. Направляя пучок белого света. от линейного источника (щель), параллельного ребру призмы, и проецируя изображение щели на экран, мы не только наблюдаем отклонение изображения (преломление в призме), но вследствие зависимости угла преломления от длины волны получаем изображение щели растянутым в виде цветной полосы (спектр).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
