1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В силу случайного характера поляризации спонтанного излучения разных атомов состояние поляризации результирующего излучения спустя промежуток времени порядка длительности одного цуга уже никак не связано с состоянием поляризации в начале этого промежутка. Такое излучение и называют неполяризованным. Важно отметить, что отсутствие поляризации не является его «внутреннимв свойством, а проявляется лишь как результат инерционности любой существующей аппаратуры для измерения состояния поляризации.
Можно считать, что в неполяризованном излучении все направления колебаний в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, представлены с одинаковой вероятностью, т. е. для такого излучения имеется осевая симметрия. Иначе можно сказать так: ири разложении колебаний в неполяризованном излучении на два любых взаимно перпендикулярных направления амплитуды этих квазимонохроматических колебаний одинаковы, а фазы не скоррелированы друг с другом. Рассмотренными здесь примерами линейно поляризованного и естественного квазимонохроматического света не исчерпываются все возможные случаи.
Линейно поляризованный квазимонохроматический свет, как и монохроматический, можно с помощью определенных устройств превратить в эллиптически поляризованный (в частном случае в циркулярно поляризованный). Кроме того, возможен мистично поляризованный свет, который можно рассматривать как смесь естественного света с поляризованным. Как связана форма спектральной линии макроскопического источника, содержащего болыпое чксло незван«яма излучающих атомов, со спектральными контурами излучения, соогвегствующнмн отдельным цугам? Какая сгатнсгнческая гипотеза лежит в основе рассмотренной магематнческой модели излучения макроскопяческога нсгочннка? г' Какне условия должны быть выполнены, чтобы можно было наблюдать излучение со спектральным контуром, определяемым раднацнанным загуханнем? г! Какай порядок велкчкны имеет естественная ширина спектральных линий? В чем отличие однородного н неоднородного ушкрення спектральных линий? !' Объясните механизм вазннкновсння доплеровскога ушнрення спектральных линий.
Г' Какой порядок велнчнны имеет доплеровская ширина спектральных линий? Как онз завнснг ог температуры нсточннка? О Объясннте, почему излучение нсточннка, содержащего большое чнсло атомов, может быть непалярнзованным, несмотря на го чта волновые цуги, нспускаемые отдельными атомами, харакгеркзуются определенным сосгояннем полярнзацнк, Звдвчв Рассмотрим мвтемвтическую модель уширеиия спектрзльной линии, обусловленного столкновениями излучающих втомов. Будем считать, что иэлучвемые отдельными атомами волновые цуги характеризуются одной н тай же средней чзсяпой им, но вследствие испытывземых атомами столкновений имеют различную длительность. Можно считать, что ллительнасти отдельных цугов распределены по экспоненцивльному ззкоиу: вероятноссь того, что некоторый цуг имеет длительность, заключенную в цромежутке ат ! до 1 + 81, равна р(081= - ' с Здесь т — средияя длительность цуга (средиее время между соудзрениямн): сщ (1)='1(р(081= — )е Сбс= . и Найти форму спектрвльнай линии излучения, предстзвляющега са хзатическую последаввтельность тихих цугов.
Будем считать, что среднее время между соудврениями много меньше вционного времени жизни. Тогдз затуханием колебаний нв протяжении отдельнога цуга мои(но пренебречь и принять лля не ф р у трез синусоиды (1.8б). Распределение энергии по спектру для такого цуга ся вырзжеиием (1.88). Спектрзльную линию всего источникз характеризуется вы етом зсп еделения получим клк изложение спектров отдельных цугов с учетом р пр цугов по длительности: '"'(( — ((( (, п Спектр описывается лореицевским контуром с шириной нз половине высоты, определяемой средним временем между соудвреииями. зл. эффект зввмв«в Я 1896 г. голландский физик П.
Зееман открыл явление расщепления спектральных линий под действием внешнего магнитного поля, приложенк источнику. Это открытие установило несомненную связь между испусканием света и движением электрических зарядов в атоме. Объяснение наблюдаемых явлений было дано Лоренцем и сыграло важную роль в обосновании и развитии электронной теории. Эффект Зеемана позволил определить знак и значение удельного заряда частиц, ответственных за излучение света. Таким образом впервые было получено доказательство того, что эти частицы — электроны.
Схема экспериментальной установки для наблюдения явления Зеемана показана на рис. 1.25. Источник света с линейчатым спектром (газоразрядная трубка) находится в однородном магнитном поле между полюсами мощного электромагнита. По оси сердечника просверлен канал для того, чтобы иметь возможность вести наблюдение не тольно поперек магнитного поля, но и вдоль него. Излучение проходит через анализаторы Р, и Рэ (николи) и кристаллическую пластинку Л74 для исследования поляризации и затем направляется в спектрограф большой разрешающей силы.
Исходная одиночная ру спектральная линия при на.' блюдении поперек поля расщепляется на три линейно поляризованные компоненты. Центральная линия соответствует той же частоте ои(, что и при отсутствии магнитного поля, а направление поляризации параллельно магнитному полю (я-компонента). Боковые линии вдвое меньшей интен11,1, о ми си и(и иЬ'ээ Рвсщепление линии неона Л = 813,3 нм в магнитном пале 3,3 Тл при нвблюдснии поперек поля (фата грзфнчсский негатив) г+ сааэг = — (е/гл)г Х В. (!.107) Введем„по определению, вектор угловой частот в противоположные иго ы, ы;а стороны на одинаковые расстояния и поляризованы ортогонально центральной линии, Рзсщсплеиие спектральной линии з эфт.
е. перпендикулярно индукции фекте Зеемвнз магнитного поля (и-компоненты). Фотография спектральной линии неона Л=613,3 нм, расщепленной магнитным полем З,З Тл на три компоненты, приведена на рнс. 1.26. При наблюдении вдоль магнитного поля боковые компоненты имеют такое же смешение, а их интенсивность вдвое меньше интенсивности исходной линии. Центральная несмещенная компонента вообще отсутствует. Смещенные компоненты имеют круговую поляризацию. Если свет распространяется в направлении индукции магнитного поля, то боковая компонента с меньшей частотой имеет правую, а с болыпей — левую поляризацию.
При изменении направления индукции на противоположное круговая поляризация смещенных компонент также меняется на противоположную. " арактер расщепления одиночнои спектральной линии в магнитном поле и состояние поляризации отдельных компонент можно объяснить на основе рассмотренной в $1.8 модели источника света как совокуп-. ности одинаковых классических изотровных осцилляторов.
В отсутствие магнитного поля излучение такой системы не поляризована и имеет одну и ту же частоту юа при наблюдении в любом направлении (точиее, характеризуется одинаковым спектральным контуром с центром на частоте юа). Влияние внешнего постоянного магнитного поля Н на движение излучающего электрона можно рассмотреть, пренебрегая затуханием его колебаний. В уравнение свободных колебаний электрона нужно теперь включить еще силу Лоренца: о 'н скорости !) (ларморовскую частоту); !! = — е/(2т)В. (1.108! Т п рь (! 107) можно записать в виде (1.109 ! г — 2г Х и+ шаг= О.
ая тео ия эффекта Зеемана сводится и нахождению реКлассическая теория эф в п секциях на оси декаршений этого уравнения. Если записать его в пр товой системы координат (ось х удобно направить вдоль индукции магнитного поля, тогда , тогда !! = — !!), то получится система однородных дифференциальных уравнений: (!.110) х+2(!у+ о222«=О, у — 2!!х+ ыоу=О, г+ ш~о~г= 2 " 2 — 2Н! с с~. + ыоо ь — — 0 (1.111) Будем искать вещественные функц х( ) ( ) у= 1п4+.
Подставим в (1.111) ~„в виде ~„(!) = $ое ' ..Для ы получается следующее характеристическое уравнение: ы2+ 2!)со — ыо — — О. 2 — — !1~-! 2+!22. Ларморовская частота Я, опредеЕго корни ы,2=— екляемая формулои ( ., м (1.108), много меньше собственнои частоты элеа ы же в очень сильных магнитных полях. Наприм р, р е,пи — — 10" ' для видимого света (Х= В=10 Тл (!.108) дает !!ж с, а ыо =800 им)-4.10'ос '. Поэтому (!!/»2о) АЙ!0 ' и вторым членом в подкоренном выражении можно ирен р, ж — Ы. неб ечь, т.е.
всож~ыо — Ы. корню ы =2оо — !! соответствует решение ~~.( )= Первому р Из последнего уравнения видно что одно из возмож ре — гармоническое колебание электрона вдо ь этой системы— й ыо, что и п и отсутТакое колебание происходит с той же частотои ыо, р я: Это и понятно, так как при движении вдоль ствни магнитного поля: то го ешения ила Ло енца равна нулю. Существование такого р в эффекте Зеемана. При наобъясняет несмещенную и-компоненту в эфф оля я-компонента имеет наибольшую интенсивблюденни поперек поля я) линейно ность [ авную пол овине интенсивности исходной линии) и Р ь о и х, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
