Учебник - Оптика - Алешкевич В.А. (1238765), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Ïðè òîëùèíå ñëîÿ l = 0,1ìêì â ïîëå H = 104 Ý (1 Ý » 80 À/ì) j » 2°. Áîëüøèíñòâî âåùåñòâ âðàùàþòïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè âïðàâî (åñëè ñìîòðåòü íàâñòðå÷ó ìàãíèòíîìó ïîëþ).Òàêèå âåùåñòâà íàçûâàþòñÿ ïîëîæèòåëüíûìè. Åñëè ïîñëå ýëåêòðîìàãíèòàíà ïóòè ëó÷à ïîñòàâèòü çåðêàëî, òî ïðè ïîâòîðíîì ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà ÷åðåçâåùåñòâî óãîë ïîâîðîòà j óäâîèòñÿ.ßâëåíèå Ôàðàäåÿ îáóñëîâëåíî ïîÿâëåíèåì, íàðÿäó ñ îñíîâíîé ÷àñòîòîéw0, äâóõ íîâûõ ñîáñòâåííûõ ÷àñòîò îïòè÷åñêîãî îñöèëëÿòîðà, íàõîäÿùåãîñÿâ ìàãíèòíîì ïîëå.
Íà ðèñ. 20.14 ïîêàçàíî äâèæåíèå ýëåêòðîíà ïî êðóãîâîéîðáèòå âîêðóã ÿäðà. îòñóòñòâèå ïîëÿ óãëîâàÿ ñêîðîñòü åãî äâèæåíèÿ (îíà æå ñîáñòâåííàÿ ÷àñòîòà îñöèëëÿòîðà) îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ(20.29)mw 02 r = eE .Ïðè íàëè÷èè ïîëÿ H íà ýëåêòðîí äîïîëíèòåëüíî áóäåò äåéñòâîâàòü ñèëàËîðåíöà, íàïðàâëåííàÿ îò öåíòðà (ðèñ. 20.14, à) è ê öåíòðó (ðèñ. 20.14, á ).Ïîýòîìó ñîîòâåòñòâóþùèå óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïðèìóò âèämw 201r = eE - e m 0 H w 01r ;(20.30)mw 202r = eE + e m 0 H w 02r .Èç óðàâíåíèé (20.29), (20.30) ïîëó÷àåì2w 01 = -1 eæ1 eöm 0 H ± w 20 + çm H ;è 2 m 0 ø÷2m2w 02 =2501 eæ1 eöm 0 H ± w 20 + çm H .è 2 m 0 ø÷2m(20.31)Ó÷èòûâàÿ, ÷òîem 0H= w 0 , íàõîäèìmw 01 = w 0 w 021 em 0H ;2m1 e= w0 +m 0H .2m(20.32)Ðèñ.
20.14Çàìåòèì, ÷òî âðàùåíèå ýëåêòðîíà ïî îêðóæíîñòè ýêâèâàëåíòíî íàëè÷èþ åãî äâóõ âçàèìíî-ïåðïåíäèêóëÿðíûõ êîëåáàíèéâ ïëîñêîñòè âðàùåíèÿ, ïåðïåíäèêóëÿðíîé íàïðàâëåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Äëÿêîëåáàíèé âäîëü ïîëÿ ÷àñòîòà íå èçìåíÿåòñÿ è îñòàåòñÿ ðàâíîé w0.Ïðè èçìåíåíèè ÷àñòîòû îñöèëëÿòîðà ñìåùàåòñÿ äèñïåðñèîííàÿ êðèâàÿ n(w),èçîáðàæåííàÿ íà ðèñ. 15.1. Äëÿ ïðàâîöèðêóëÿðíîé âîëíû, âçàèìîäåéñòâóþùåéñ ýëåêòðîíîì, ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ nï óâåëè÷èòñÿ, à äëÿ ëåâîöèðêóëÿðíîéem0H , ïîýòîìónë óìåíüøèòñÿ.  ïåðâîì ïðèáëèæåíèè nï - në = : (w 02 - w 01 ) =mè óãîë ïîâîðîòà, ñîãëàñíî (20.17), j%H.Íà îñíîâå ýôôåêòà Ôàðàäåÿ ðàçðàáîòàíû ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ìàãíèòíûõ ïëåíîê, ïðîïóñêàþùèõ ñâåò.
Òàêèå ïëåíêè ñîñòîÿò èç ìíîæåñòâà ìàãíèòíûõ äîìåíîâ ìèêðîííûõ ðàçìåðîâ. Äîìåíû ÿâëÿþòñÿ ñàìè èñòî÷íèêàìè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ïîýòîìó ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç äîìåí ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè ñâåòà ïîâîðà÷èâàåòñÿ. Óãîë ïîâîðîòà áóäåò çàâèñåòü îò îðèåíòàöèè äîìåíà. Ïîýòîìó àìïëèòóäà âîëíû, ïðîøåäøåé çàòåì ÷åðåçàíàëèçàòîð, áóäåò ïðîìîäóëèðîâàíà â ïëîñêîñòè, ïàðàëëåëüíîé ïëåíêå. Èçó÷àÿ ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà, ìîæíî äåëàòü âûâîäû î ìàãíèòíîéñòðóêòóðå ïëåíîê.Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè îïòè÷åñêèå èçîëÿòîðû, ïðîïóñêàþùèåñâåò ëèøü â îäíîì íàïðàâëåíèè.
Îñíîâó èõ êîíñòðóêöèè ñîñòàâëÿåò ìàãíèòîîïòè÷åñêàÿ ÿ÷åéêà Ôàðàäåÿ, ïîìåùåííàÿ ìåæäó äâóìÿ ïîëÿðîèäàìè.ß÷åéêà, âûïîëíåííàÿ â âèäå ìîäóëÿ, ñîäåðæèò ïðîçðà÷íîå âåùåñòâî è èñòî÷íèê ïðîäîëüíîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ïóñòü ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç ýòó ÿ÷åéêó ïëîñêîïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè ïîâîðà÷èâàåòñÿ íàóãîë j. Åñëè òåïåðü ýòó ÿ÷åéêó ïîìåñòèòü ìåæäó äâóìÿ ïîëÿðîèäàìè, ãëàâíûåïëîñêîñòè êîòîðûõ áóäóò ïîâåðíóòû íà òîò æå óãîë j, òî ýòà ñèñòåìà áóäåòïðîïóñêàòü ïëîñêîïîëÿðèçîâàííûé ñâåò ïðåèìóùåñòâåííî ëèøü â îäíîì íàïðàâëåíèè.Òàêîé èçîëÿòîð, â ÷àñòíîñòè, èñïîëüçóåòñÿ â âîëîêîííûõ êîëüöåâûõ ëàçåðàõ, êîòîðûå áóäóò ðàññìîòðåíû â ëåêöèè 24.ÐÀÇÄÅË 8ÐÀÑÑÅßÍÈÅ ÑÂÅÒÀË Å Ê Ö È ß 21 íà÷àëå ëåêöèè 15 áûëè çàòðîíóòû ïðè÷èíû, ïðèâîäÿùèå ê ïîêðàñíåíèþÑîëíöà, êîãäà îíî íàõîäèòñÿ íèçêî íàä ãîðèçîíòîì, è îáúÿñíåíî ïðîèñõîæäåíèå ãîëóáîãî öâåòà íåáà. Ýòè îïòè÷åñêèå ÿâëåíèÿ âîçíèêàþò ïðè ðàññåÿíèèñâåòà äàæå â î÷åíü ÷èñòîé àòìîñôåðå, íàïðèìåð âûñîêî â ãîðàõ.
 êîñìîñå, ãäåíåò àòìîñôåðû, ðàññåÿííûé ñâåò îòñóòñòâóåò, è íåáî êàæåòñÿ ÷åðíûì. ðÿäå ïðåäûäóùèõ ëåêöèé áûëè îïèñàíû îïûòû ñ íàïðàâëåííûìè ïó÷êàìèñâåòà, êîòîðûå ìîæíî ñáîêó ïðåêðàñíî íàáëþäàòü. Îäíàêî ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè â âàêóóìå ëàçåðíûé ëó÷, íàïðèìåð, áóäåò ñáîêó íå âèäåí. Âñå ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î íàëè÷èè ðàññåÿíèÿ ñâåòà â âîçäóõå. ëåêöèîííûõ ýêñïåðèìåíòàõ äëÿ ëó÷øåãî íàáëþäåíèÿ ñáîêó ñâåòîâîãî ëó÷àïðîñòðàíñòâî, â êîòîðîì îí ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ, çàïîëíÿþò äûìîì èëè âïðûñêèâàþò ìåëü÷àéøèå êàïåëüêè âëàãè. Ýòî ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàññåÿíèå â çàìóòíåííîé àòìîñôåðå ñòàíîâèòñÿ ñèëüíåå ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàññåÿíèåì â ÷èñòîìâîçäóõå. íåêîòîðûõ ñðåäàõ ðàññåÿíèå áûâàåò ñòîëü çíà÷èòåëüíûì, ÷òî ñâåò âîîáùå÷åðåç ýòè ñðåäû íå ïðîõîäèò.
Òèïè÷íûì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ðàññåÿíèå âñåõñïåêòðàëüíûõ êîìïîíåíò äíåâíîãî ñâåòà â ìîëîêå, âñëåäñòâèå ÷åãî ìîëîêîíåïðîçðà÷íî è èìååò áåëûé öâåò.Âî âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ ïðèìåðàõ ðàññåÿíèå âîçíèêàåò ïðè íàðóøåíèè îïòè÷åñêîé îäíîðîäíîñòè ñðåäû. Íåîäíîðîäíîñòü íåèçáåæíî ïðèñóòñòâóåò â ëþáîé ñðåäå, ïîýòîìó ðàññåÿíèå ñâåòà ïðèíöèïèàëüíî íåóñòðàíèìî.Ïðåäñòàâèì âíà÷àëå èäåàëèçèðîâàííóþ ñèòóàöèþ: îïòè÷åñêè îäíîðîäíóþñðåäó.
 òàêîé ñðåäå, êàê è â âàêóóìå, ñâåòîâîé ïó÷îê â áëèæíåé çîíå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïðÿìîëèíåéíî, à â äàëüíåé ïðåòåðïåâàåò äèôðàêöèîííîå ðàñïëûâàíèå. Òàêîå ïîâåäåíèå ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì èíòåðôåðåíöèè âòîðè÷íûõêîãåðåíòíûõ âîëí, êîòîðûå ãàñÿò äðóã äðóãà â íàïðàâëåíèÿõ, îòëè÷íûõîò íàïðàâëåíèÿ ïàäàþùåãî ïó÷êà. Ýòè âîëíû, èçëó÷àåìûå ðàâíûìè ýëåìåíòàðíûìè îáúåìàìè ñðåäû, êîãåðåíòíû, èìåþò îäèíàêîâûå àìïëèòóäû è ïîëÿðèçàöèþ.Åñëè æå â ñðåäå ïðèñóòñòâóþò îïòè÷åñêèå íåîäíîðîäíîñòè, òî ïîñëåäíååóòâåðæäåíèå ñòàíîâèòñÿ íåâåðíûì: âòîðè÷íûå âîëíû èìåþò ðàçíûå àìïëèòóäû, èçìåíÿþòñÿ ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó íèìè.
Ïîýòîìó ïðè èõ èíòåðôåðåíöèè â íàïðàâëåíèÿõ, ñîñòàâëÿþùèõ áîëüøèå óãëû ñ íàïðàâëåíèåì ïàäàþùåé âîëíû, âçàèìíîãî ãàøåíèÿ âîëí ïðîèñõîäèòü íå áóäåò. Áîëåå òîãî, îïòè÷åñêèå íåîäíîðîäíîñòè ìîãóò èìåòü ñëó÷àéíûé õàðàêòåð, ïîýòîìó èíòåðôåðèðóþùèå âòîðè÷íûå âîëíû áóäóò ëèøü ÷àñòè÷íî êîãåðåíòíûìè. Ïîðÿäîê áîëüøèõ óãëîâ ðàâåí îòíîøåíèþ äëèíû âîëíû ê ðàçìåðó íåîäíîðîäíîñòè, ò. å. ýòè252óãëû ÿâëÿþòñÿ, ïî ñóùåñòâó, äèôðàêöèîííûìè óãëàìè.
Äèôðàêöèþ âîëíûíà ìàëûõ îïòè÷åñêèõ íåîäíîðîäíîñòÿõ íàçûâàþò ðàññåÿíèåì ñâåòà. ÷èñòîì âîçäóõå, âîäå è äðóãèõ ãàçîîáðàçíûõ è æèäêèõ ñðåäàõ îïòè÷åñêèåíåîäíîðîäíîñòè îáóñëîâëåíû íåèçáåæíî ïðèñóòñòâóþùèìè ôëóêòóàöèÿìèïëîòíîñòè è, ñëåäîâàòåëüíî, ôëóêòóàöèÿìè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ. Ïðîèñõîäÿùåå â íèõ ðàññåÿíèå ñâåòà ïîëó÷èëî íàçâàíèå ìîëåêóëÿðíîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà.Äðóãèì ïðèìåðîì ðàññåèâàþùåé ñðåäû ÿâëÿþòñÿ ìåëêîäèñïåðñíûå ñèñòåìû,ñîäåðæàùèå ÷àñòèöû ðàçìåðàìè d ~ l.
Âî âðåìÿ òóìàíà â âîçäóõå íàõîäÿòñÿìåëü÷àéøèå êàïåëüêè âîäû ñóáìèêðîííûõ è ìèêðîííûõ ðàçìåðîâ, ïîýòîìóñâåò ïîäâåðæåí ñèëüíîìó ðàññåÿíèþ â òóìàíå.Íà ðèñ. 21.1 öâ. âêë. ïðåäñòàâëåíà ôîòîãðàôèÿ ëóííîé êîðîíû, ñîñòîÿùåé èçÿðêîãî áåëîãî îðåîëà, îêðóæåííîãî öâåòíûìè êîëüöàìè. Òàêóþ êàðòèíó ìîæíî íàáëþäàòü ïðè íàëè÷èè òîíêîé ïåëåíû îáëàêîâ, ñëåãêà çàêðûâàþùèõ Ëóíó.Åå ñâåò ðàññåèâàåòñÿ íà ìàëåíüêèõ êàïåëüêàõ âîäû è êðèñòàëëèêàõ ëüäà. Ïðèýòîì ðàçëè÷íûå ñïåêòðàëüíûå êîìïîíåíòû ñâåòà ðàññåèâàþòñÿ ïîä ðàçíûìèóãëàìè. Ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ íàëè÷èå öâåòíûõ êîëåö âîêðóã îðåîëà.Åñëè ñðåäà ñîäåðæèò ÷àñòèöû ðàçìåðàìè d < l ñ îòëè÷íûì îò ñðåäû ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ, òî îíà íàçûâàåòñÿ ìóòíîé.
Ìóòíûå ñðåäû, òèïè÷íûìïðåäñòàâèòåëåì êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ìîëîêî, íàèáîëåå ñèëüíî ðàññåèâàþò ñâåò.Íà ðèñ. 21.2 öâ. âêë. ïîêàçàíà ôîòîãðàôèÿ ÿâëåíèÿ ðàññåÿíèÿ ïó÷êà áåëîãîñâåòà ïðè åãî ðàñïðîñòðàíåíèè ÷åðåç êþâåòó ñ âîäíûì ðàñòâîðîì ñàõàðà. Îò÷åòëèâî âèäíî, ÷òî ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñïåêòð îáåäíÿåòñÿ êîðîòêîâîëíîâûìè êîìïîíåíòàìè, ðàññåèâàåìûìè ïîä áîëüøèìè óãëàìè, è íà âûõîäåèç êþâåòû ïó÷îê ñâåòà ñòàíîâèòñÿ êðàñíûì.Ðàññåÿíèå ñâåòà â òâåðäûõ òåëàõ ñâÿçàíî òàêæå ñ íàðóøåíèåì èõ îäíîðîäíîñòè.
Íàïðèìåð, âñëåäñòâèå ðàññåÿíèÿ ìîæíî âèäåòü ñâåò, ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ïî îïòè÷åñêîìó âîëîêíó.Èñïîëüçóÿ íåñëîæíûå ôèçè÷åñêèå ðàññóæäåíèÿ, îñíîâàííûå íà êîíöåïöèè èçëó÷åíèÿ ýëåìåíòàðíûì äèïîëåì (àòîìîì èëè ìîëåêóëîé), óñòàíîâèìîñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè ðàññåÿíèÿ ñâåòà.Ìîëåêóëÿðíîå ðàññåÿíèå. Ïåðâûå ôóíäàìåíòàëüíûå ðàáîòû ïî ðàññåÿíèþñâåòà ïðèíàäëåæàò Ðýëåþ.  åãî ìîäåëè ðàññåèâàþùåé ñðåäû õàîòè÷åñêè äâèæóùèåñÿ ÷àñòèöû èçëó÷àþò íåêîãåðåíòíûå âîëíû, êîòîðûå íå ìîãóò èíòåðôåðèðîâàòü è, ñëåäîâàòåëüíî, ãàñèòü äðóã äðóãà.Îäíàêî, êàê ïîçäíåå ïîêàçàë ñîâåòñêèé ôèçèê Ñ.
Ìàíäåëüøòàì, ýòî ñïðàâåäëèâî äëÿ ìàëîãî ÷èñëà ÷àñòèö. Ïîëüñêèé èññëåäîâàòåëü Ì. Ñìîëóõîâñêèéóñòàíîâèë çàêîíû ôëóêòóàöèé ðàâíîâåñíûõ ñîñòîÿíèé ìîëåêóëÿðíûõ ñèñòåì èïîêàçàë, ÷òî îäíîðîäíàÿ ñèñòåìà íàèáîëåå âåðîÿòíîå ñîñòîÿíèå ñèñòåìû,ïîäâåðæåííîé ôëóêòóàöèÿì.Èñõîäÿ èç ýòîé èäåè À. Ýéíøòåéí óñòàíîâèë (1910) ñòàòèñòèêó ôëóêòóàöèéè ïîëó÷èë ôîðìóëó, ñâÿçûâàþùóþ èíòåíñèâíîñòü ðàññåÿííîãî ñâåòà ñ êîíñòàíòàìè âåùåñòâà.Ôëóêòóàöèè äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè.  îáùåì ñëó÷àå àíèçîòðîïíîéñðåäû êîìïîíåíòû òåíçîðà äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñóììûe ij = e ij + De ij ,(21.1)ãäå eij ñðåäíåå çíà÷åíèå; Deij ìàëûå ôëóêòóàöèè.253Âûÿñíèì ïðè÷èíû ýòèõ ôëóêòóàöèé.Äèïîëüíûé ìîìåíò åäèíèöû îáúåìà ñ ó÷åòîì (15.24) ðàâåíPi =Nå Pi (l )l =13N3j =1l =1j =1= e 0 å E j å aij(l ) = e 0 å æ ij E j .(21.2)Çäåñü êîìïîíåíòà òåíçîðà äèýëåêòðè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòèN¿ ij = å aij(l )(21.3)l =1çàâèñèò êàê îò ÷èñëà N ìîëåêóë â åäèíèöå îáúåìà, òàê è îò îðèåíòàöèè ìîëåêóë, ñ êîòîðîé ñâÿçàíû âåëè÷èíû aij(l ), îïðåäåëÿåìûå îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé ëàáîðàòîðíîé ñèñòåìû êîîðäèíàò (èíäåêñ l îïðåäåëÿåò íîìåð ìîëåêóëû).Îòìåòèì, ÷òî â (21.2) Ej = Eýô, ÷òî õîðîøî âûïîëíÿåòñÿ äëÿ ãàçîâ.Ïîñêîëüêó äëÿ âåêòîðà èíäóêöèè ìîæíî çàïèñàòü3Di = e 0 E i + Pi = e 0 å (d ij + ¿ ij )E j ,j =1(21.4)òîNe ij = d ij + å aij(l ) .(21.5)l =1Çäåñü dij ñèìâîë Êðîíåêåðà.Êàê âèäíî èç (21.5), ôëóêòóàöèè Deij ìîãóò âîçíèêàòü êàê âñëåäñòâèå ôëóêòóàöèé ïëîòíîñòè ñðåäû (÷èñëà N ), òàê è ôëóêòóàöèé aij, îáóñëîâëåííûõ ñëó÷àéíûìè âðàùåíèÿìè ìîëåêóë.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
