Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 132
Текст из файла (страница 132)
Новая спектроскопическая техника позволяет не только определить полуширину этих линий, но и, пользуясь формулами (161.4) и выражением для о11,„„, найти коэффициенты температуропроводности и взаимной диффузии растворов, а также проследить их температурную кинетику и установить закон, по которому эти величины стремятся к нулю при приближении к критической точке жидкость— пар и критической точке расслаивания растворов. г.
Спектр света, рассеянного вследствие флукт у а ц и й а н и з о т р о и и и. Спектр света, рассеянного вследствие изменяющихся во времени флуктуаций анизотропии жидкости, представляет собой более или менее широкую полосу с макси- МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА мумом, приходящимся на частоту возбуждающего света и простпраюшуюся в каждую сторону на 150 см ' и даже больше (сероуглерод, бензол, нитробепзол и др.). Этот спектр называется крьыом лигти, Рэлел, а описанная картина распределения интенсивности наблюдается при использовании для возбуждения естественного или линейно- поляризованного света.
Коэффициент деполяризапии в крыле линии Рэлея равен 6/7 при возбуждении естественным светом и 3/4 при возбуждении линейно- поляризованным светом с электрическим вектором, перпендикулярным к плоскости рассеяния. При возбуждении таким линейно-поляризованным светом и при наблюдении спектра рассеянного света с электрическим вектором, лежащим в плоскости рассеяния, было установлено, что на частоте возбуждающего света имеется «провал~>, иногда достигающий 30% от максимальной интенсивности (ИЛ. Фабелинский и сотрудники, 1967 г.).
Таким образом, в крыле линии Рэлея наблюдается тонкая структура, которая обьясняется модуляцией света, рассеянного вследствие флуктуаций анизотропии, поперечными волнами. Скорость таких волн в маловязких жидкостях лежит в пределах от 100 до 200 м/с. Разработанная теория распределения интенсивности в крыле линии Рэлея (М.А. Леонтович, 1941 г., С.М.
Рытов, 1957, 1970 гг.) вместе с результатами измерений позволяет определять времена релаксации анизотропии. Полученные результаты имеют не только научное, но и практическое значение, потому что именно этими временами определяется время существования двойного лучепреломления в электрическом поле (явление Керра, см. ~ 152) и, следовательно, эти времена определяют минимальную экспозицию при использовании ячейки Керра в качестве «фотографического» затвора. Такой затвор теперь находит широкое применение при исследовании различных быстропротекающих процессов и имеет другие практические применения.
д. Вынужденное рассеяние Мандельштама— Б р и л л ю э н а. В рассмотренных выше случаях рассеяния света принималось во внимание влияние оптических неоднородностей среды различного происхождения на характер распространения света, но не учитывалось влияние света на оптические неоднородности. Пока интенсивность возбуждиощего света настолько мала, что она не может заметно повлиять на характер неоднородности среды, пренебрежение влиянием света на среду допустимо.
Но когда интенсивность возбуждающего света велика и заметно влияет на характер внутреннего движения среды, воздействие света на оптические неоднородности необходимо принять во внимание. При воздействии на среду интенсивного света гигантского импульса лазера (см. гл. Х1) возникает ряд нелинейных оптических явлений. Один из классов таких явлений назван вынужденным рассеянием света.
Здесь будет качественно рассмотрен только один из типов вынужденного рассеяния вынужденное рассеяние Мандельштима— Бриллюэна (ВРМБ), начало которому дает рассеяние света, обусловленное тепловыми флуктуациями давления (см. выше). 545 ГЛ. ХХ1Х. РАССЕЯНИЕ СВЕТА Р— Рд (161.7) гДЕ Е (=П2) < де~ р — порядка единипы и, следовательно, давление определяется др~ величиной напряженности электрического поля.
Как будет показано в гл. Х1, напряженность электрического поля световой волны в гигантском импульсе лазера может достигать значений, характерных для внутриатомных полей. и тогда электрострикционное давление может составлять сотни тысяч атмосфер. Для грубого качественного пояснения природы ВРМБ будем считать, что в среде существуют поле возбуждающей световой волны Ее сов (аЛ вЂ” 1сг) (гигантский импульс лазера) и — в результате рассеяния света — поле одпого лишь стоксового сателлита Е1 соа <(ы — й) ~ — 1с1г). Поле этого сателлита, как показано выше, возникает в результате рассеяния света под утлом Брэгга.
и модуляции рассеянного света тепловой волной с частотой Й. Для нахождения р (см. формулу (161.7)) нужно сумму обоих написанных выше полей возвести в квадрат. После такой операции и элементарных тригонометрических преобразований получим, что р складывается из высокочастотных членов со световыми частотами и составляющей со звуковой частотой й. Звук со световой частотой сильно затухает и распространяться не может, поэтому соответствующие члены следует отбросить и останется выражение диэлектрическая проницаемость среды.
Величина 1 дв р= — ~а — ~ЕЕ о (11~ — Ч). 8 ~ др~ (161.8) Здесь правая часть совпадает с выражением для звуковой волны, ответственной за образование стоксовой компоненты Мандельштама— Бриллюэна. Амплитуда первоначально слабой волны, будучи умножена на Ео, приведет к росту электрического поля световой волны стоксовой компоненты, что в свою очередь приведет к росту давления и тд. Такой процесс параметрического усиления будет происходить до тех пор, пока интенсивность «рассеянной» световой волны не окажется сравнимой с интенсивностью возбуждающего света. Явление вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна было обнаружено в кристаллах кварца и сапфира (Чиао, Таунс, Стоичев, 18 Г.С.
Ландеберг Физическая причина вынужденного рассеяния Мандельштама— Бриллюэна состоит в том, что интенсивная световая волна возбуждающего света, первоначально слабая волна рассеянного света и тепловая упругая волна, которая, как уклзано выше, обусловливает дискретные компоненты Мандельштама — Бриллюэна, нелинейно взаимодействуют друг с другом. Такое нелинейное взаимодействие осуществляется посредством явления электрострикции.
Явление электрострикции состоит в том, что диэлектрик в электрическом поле меняет свой объем,и таким образом возникает электрострикционное давление, которое можно выразить соотношением МОЛЕКУЛЯРПАЯ ОПТИКА Рис. 29,11. Спектр вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна в плавленном кварце: Ь вЂ” линия возбуждающего света рубинового лазера, Я~ и 5~ — первая и вторая стоксовы компоненты БРМБ Таких последовательно возникших компонент может бьгть много. Существуют, однако, условия эксперимента, при которых могут наблюдаться антистоксовьь компоненты при вынужденном рассеянии. Каждый вид теплового или спонтанного рассеяния дает начало вынужденному- рассеянию.
Кроме ВРМБ были обнаружены вынужденное рассеяние крыла линии Рэлея (Маш, Морозов, Старунов, Фабелинский, 1965 г.), вынужденное температурное или энтропийное рассеяние 13айцев, Кызыласов, Старунов, Фабелинский, 1967 г.). Построена строгая теория этих явлений. й 162. Комбинационное рассеяние света Согласно закону Рэлея распределение энергии в рассеянном свете отличается от распределения в первичном свете относительно большей ее величиной в коротковолновой части спектра, Качественное представление о характере явления дает рис. 29Л2, на котором изобра- 'о ~ь' ьь '/) ~о ьь ьь с> м Рис. 29.12. Спектр прямого света ртутной лампы и спектр той же лампы в рассеянном свете.
Ясно заметно относительное возрастание интенсивности коротких волн в рассеянном свете 1964 г.) и затем найдено в стеклах, жидкостях и газах. На рис. 29.11 приведен спектр ВРМБ в плавленом кварце. На спектре видны две стоксовы компоненты ВРМБ при наблюдении рассеянного света под углом 180'. Вторая компонента возникает в результате того, что первая стоксова компонента попадает в лазер, усиливается там и, возвратившись в образец, сама вызывает стоксовы компоненты ВРМБ. 547 Гл, хх1х. РАссеяние светА жены фотографии спектра прямого света ртутной лампы и спектра той же лампы в свете, рассеянном в воздухе.
Экспозиции подобраны так, чтобы были приблизительно равны интенсивности для линий большой длины волны. Тогда различие интенсивностей в более коротковолновой части спектра выступает отчетливо. Согласно прежним исследованиям указанное различие считалось единственным отличием в спектрах прямого и рассеянного света. Тщательное изучение показало, однако (Раман, Г.С. Ландсберг и Л.и. Мандельштам, 1928 г.), что в спектре рассеянного света наблюдаются, кроме линий, характеризующих падающий свет, еще добавочные линии, спутники, сопровождающие каждую из линий первичного света (рисунки 29.13, 29.14).
Рис. 29.13. Спектр комбинащюнного рассеяния четыреххлористого угле- рода. Внизу для сравнения приведен спектр ртутной лампы Так как спутники сопровождают любую спектральную линию первичного света, то ясно, что обнаружение их возможно лишь в том оо г- с» СЧ с« ~» а $Г~ С:) о ~о СО ~о Ю С~) С~') «3 «« с4 ! 1 1 Рис. 29.14. Спектр комбинационного рассеяния кварца: 1 спектр ртутной лампы; в спектр рассеяния кварца при температуре 20'С: 8 спектр рассеяния кварца при температуре 210'С; о — «красные» спутники, Д— «фиолетовые» спутники случае, когда падающий свет представляет собой совокупность отдельных (монохроматических) линий, а не сплошной спектр. Опыт позволил установить следующие законы этого явления.
1) Спутники сопровождают каждую линию первичного света. 2) Различие Ьи в частотах возбуждающей первичной линии ио и линий каждого из спутников, г', г", и"', ...„характерно для рассеи- 18" 548 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА вающего вещества и равно частотам собственных колебаний»" его молекул: в с"~~~~ — — ~о — ~ = »~, а ю ~~'я = ма — ~ = ~'а; «l « ~Рз = мо — м = ~'з,. Примером может служить табл. 29.1. Таблица 291 Сопоставление волновых чисел для толуола по данным инфракрасных спектров и комбинационного рассеяния Инфракрасные спектры Инфракрасные спектры Инфракрасные спектры Комбина- ционное рассеяние Комбина- ционное рассеяние Комбина- ционное рассеяние 786*" 623 521 217 1033* 911 1380 1211* 1156* 1090 1031 1004"* 892 841 729** 693** 1859 1608" Волновые числа, приведенные в таблице, показывают число волн, укладывающихся на, одном сантиметре.
Для получения частот (числа колебаний в секунду) эти числа надо умножить на 3 . 10'~ (скорость света). Цифры, отмеченные звездочкой, означают сильные линии, а отмеченные двумя звездочками — очень сильные линии. 3) Спутники представляют собой две системы линий, лежащих симметрично по обе стороны возбуждающей линии. т.е. мо мг — ~~в мо . Здесь» „обозначает частоты спутников, лежащих в сторону более длинных волн, чем возбуждающие, а» частоты соответствующих спутников, лежащих с другой стороны. Первые спутники, расположенные ближе к красной части спектра и потому иногда называемые «красными» (о на рис. 29.14), значительно интенсивнее, чем соответствующие «фиолетовые» (р' на рис. 29.14).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
