Ответы на вопросы к экзамену ЭСС (1239323), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рассеяние электромагнитных волн на малых частицах. В каких степенях входят частотаизлучения и размер частицы в формуле Рэлея.6Коэффициент экстинцииh=W1dI=-относ. ослабление падующего излучения на единице пути= -hI , wVILdzмощностьwds =c48p ws=j c2h = s N , W=s INVv 2 g sin 2 Qd Q4v2 g21l4ds :21. Стоксово иинтенсивностями.антистоксоворассеяние.СоотношениемеждуихСтоксово рассеяние- рассеяние на нестационарных включениях с Dw = w `-w < 0 , где w - частотападающего кванта, w ` - рассеянного.
Антистоксово - Dw < 0 .При стоксовом рассеянии поглощается падающий фотон, и вместе со стоксовым фотоном начастоте w ` возникает квант колебаний молекулы.Т.к. антистоксово излучение определяется молекулами, находящимися в возбужденномсостоянии, то его интенсивность ниже интенсивности стоксова излучения на величинуhDwмножителя exp .kTDw = w '- w < 0 - Стоксово рассеяние, возбуждение среды De = hwDw = w '- w > 0 - антистоксово – фотон поглощает энергиюdI ( -Dw ) = dI ( Dw ) e-hDwkTАнтистоксово рассеяние экспоненциально мало.22. Рэлеевское рассеяние света в газах.Рэлеевское рассеяние — рассеяние света без изменения длины волны (называемое такжеупругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частотарассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта илисистемы.
Эквивалентная формулировка — рассеяние света на объектах, размеры которыхменьше его длины волны.7Для рассеивания на осцилляторе массы m, с зарядом q и собственной частотой ν0 сечениерассеяния σR пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света ν:.Зависимость вывел Джон Рэлей в 1871 г.Сечение σR зависит от угла рассеяния θ между направлениями падающей и рассеянной волн:,рассеяная волна линейно поляризована вдоль направления, перпендикулярного плоскости,проходящей через направления рапространения падающей и рассеянной волн. При рассеянии насферических частицах (неоднородностях) степень поляризации p для неполяризованногопадающего света равна:;для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.При приближении частоты падающего света к собственной частоте рассеивающей частицырэлеевское рассеяние переходит в томсоновское.Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы объясняется голубойцвет неба.23.
Тонкая структура рэлеевского рассеяния. Дублет МандельштамаБриллюэна.Brillouin scattering occurs when light in a medium (such as water or a crystal) interacts with densityvariations and changes its path. The density variations may be due to acoustic modes, such as phonons,or temperature gradients. As described in classical physics, when the medium is compressed its index ofrefraction changes and the light's path necessarily bends.From a quantum point of view, Brillouin scattering is considered to consist of interaction of lightphotons with acoustic or vibrational quanta (phonons).МАНДЕЛЬШТАМА — БРИЛЛЮЗНАРАССЕЯНИЕ(МБР) — рассеяние света на адиабатич. флуктуадиях плотности конденсиров.
сред,сопровождающееся изменением частоты, В спектре МБР монохроматич. света наблюдаютсядискретные, расположенные симметрично относительно частоты возбуждающего светаспектральные компоненты, называемые компонентами Мандельштама — Бриллюэна иликомпонентами тонкой структуры линии Рэлея.Адиабатич, флуктуации плотности можно представить как результат интерференциираспространяющихся в среде по всевозможным направлениям упругих волн разл. частоты сослучайными фазами и амплитудами (т. н. дебаевских волн, к™рые рассматриваются в Дебаязаконе теплоёмкости). Плоская световая волна, распространяющаяся в такой среде, дифрагирует(рассеивается) во всех направлениях на этих упругих волнах, модулирующих диэлектрич.проницаемость среды♦ Каждая из упругих волн создаёт пери-одич.
решётку, на к-рой ипроисходит дифракция света аналогично дифракции света на ультразвуке. Максимум ин8тенсивности света4 рассеянного на упругой волне с длиной волны Л, наблюдается в направлениив (рис), отвечающем Брэгга — Вулъфа ус-Следовательно, в рассеянном свете появятся дискретныекомпоненты с частотой(стоксова и антистоксова),где/. Условие (1) приводит к выражению дляотносит, изменения частоты света, рассеянного внаправлении в:Ширина компонент Мандельштама — Бриллюэна 6vопределяется коэф. затухания ее [см-1 J упругих волн1010 Гц). В жидкостях наолюдаются 2 комаинентыМандельштама — Бриллюэна, в твёрдом аморфном теле — 4компоненты, 2 из к-рых вызваны продольными и 2 —поперечными гиперзвуковыми волнами при в, отличном отнуля. В кристалле в общем случае вследствие анизотропии скоростей распространения гиперзвука {3 различные скорости для каждого направления) и анизотропии распространениявозбуждающего и рассеянного света (4 возможные комбинации для состояний поляризациипадающего и рассеянного света) должно наблюдаться 24 компоненты Мандельштама —Бриллюэна.
Кроме того, во всех случаях наблюдается также несмещённая по частоте центр,компонента тонкой структуры, вызванная рассеянием на изо-баяич, флуктуациях энтропии.24 Анизотропные оптические среды. Диэлектрическаякубических, одноосных и двухосных кристаллов.проницаемостьe 0 0Di = e ik Ek Диэлектрическая проницаемость кубических кристаллов e ik = 0 e 0 , одноосных0 0 ee^ 0 0(z – вдоль симметрии) e ik = 0 e ^ 0 ,0 0 ePУ двуосных тензор вещественный и симметричный, в диагональной записи все числа различные.25 Оптические свойства одноосных кристаллов. Обыкновенная инеобыкновенная волны. Почему оптически анизотропные среды так важныдля нелинейной оптики?e ik = e Pn in k + e ^ (d ik -n in k )Волновая поверхность двулистная:1-ый n = n0 -обыкновенная волна n0 = e ^2-ойn = ne , ne 2 = n0 2 net 2 /(n0 2 sin 2 y + net 2 cos 2 y ), net = e P , n0 = e ^ -необыкновеннаяволна:возможно два случая: отрицательный( e P < e ^ , net < n0 ) и положительный ( e P > e ^ , net > n0 )926.
Электрооптические эффекты в анизотропных средах (эффекты Поккельсаи Керра).Поккельса ЭФФЕКТ - линейный электрооптич. эффект состоящий в изменении показателейпреломления света в кристаллах иод действием внеш. злектрич. поля пропорциональнонапряжённости электрик поля Е. Следствием этого эффекта в кристаллах является двойноелучепреломление или изменение величины уже имеющегося двулучепреломления.П 9 был впервые изучен Ф.
Поккельсом (К го-ckels) 'в 1893.Квадратичный и др.эффекты более высокого порядка много меньше П. э., однако в центрс-симметричных средах П.а. обращается в нуль и осн.роль играет квадратичный Керра эффект.Математически П. э. описывается изменением оптич. индикатрисы кристалла (см.Кристаллооптика) --эллипсоида показателей преломления, к-рыи в главной кристаллофиэ.системе координат имеет видЗдесь х. и и г - гл. оси кристалла, т. с. направления, вдоль к-рых векторы электрич.
поля Е иэлект-рич. индукции D параллельны друг другу.X) у и z соответственно. Величины показателей преломления определяются распределениемзарядов внутри кристалла. Наложение внеш. электрич. поля, малого по сравнению с внутр. полемкристалла, приводит к перераспределению связанных зарядов и небольшой деформации ионнойрешётки, что сопровождается изменением Показателей преломления и, следовательно, коэф.эллипсоида.
Рл. оси нового эллипсоида в общем случае не будут совпадать сисходными гл. осями, ур-ние эллинсопда примет вид:В П. эм как аффекте линейном, рассматривается только линейная по полю Е часть изменениякоэф. эллипсоида, поэтомуЭлектрооптический К. э,"— квадратичный электро-оптич. эффект, возникновение двойноголучепреломления в оптически изотропных веществах (газах, жидкостях, кристаллах с центромсимметрии, стеклах) под действием внеш. однородного электрпч. поля.
Оптически изотропнаясреда, помещённая в электрич. поле, становится анизотропной, приобретает свойства одноосногоКристалла (см. Кристаллооптика), оптич. ось к-рого „направлена вдоль поля.27. Магнитооптические эффекты. Вращение плоскости поляризации вприсутствии постоянного внешнего поля (эффект Фарадея). Отличие отэффекта естественной оптической активностиКерра: кристалл в сильном поле Е:e ik = e 0d ik + aEi Ek + bd ik E 2 + ...
= e 0d ik + aE Ei Ek . В сильном полекристалл стновится двуосным. Разложение по степенямEе1 V, т.е а Е : 2 , Eat :Eразмерсм(E atatатома): 109Поккельса: Эффект первого порядка будет в изначально неизотропном кристаллеe ik = e ik + g ik ,l El ,E / Eat = 1 , где g ik - симметр. по i, k, l (В кристалле без центра симметрии) и e ik - может быть анизотропно.10ФА Р4Д£Я ЭФФЕКТ—один "из эффектов магнитооптики; заключающийся во вращенииплоскости поянризацш линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе вдольпост. магн. поля, в к-ром находится это вещество.
Открыт М. Фарадеем (М. Faraday) в 1845 иявился первым доказательством прямой связи оптич. и эл.-магн. явлений.Феноменологии, объяснение Ф. э. заключается в том, что в общем случае намагниченноевещество нельзя охарактеризовать одним показателем преломления «. Под действием магн, поляпоказатели преломления «+ил. для циркулярно право- и левополяризованного света становятсяразличными. Вследствие этого при прохождении через среду вдоль магн. поля право- илевополяризованныв со-" ставляющие линейно поляризованного излучения распространяются сразными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптическойдлины пути.
В результате плоскость поляризации линейно поляризованного монохроматич. светас .глиной волны А,, прошедшего в среде путь /, поворачивается на угол.Вобласти не очень сильных магн. полей разностьлинейно зависит от напряжённостимагн. поля и в общем виде угол фарадеевского вращения описывается соотношениемгдеконстанта V зависит от свойств вещества, длины волны излучения и демп-ры и наз.
Вердепостоянной.В Ф. э. ярко проявляется специфкч. характер вектора напряжённости магн. поля Н (Н—осевойвек гор, «псевдовектор»). Знак угла поворота плоскости поляризации при Ф. э. в отличие отестественной оптической активности не зависит от направления распространения света (по.полю или против поля). Поэтому многократное прохождение света через среду, помещённую вмагн. поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующеечисло раз. Эта особенность Ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
