Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
расщепления, так называемый аномальный эффект Зеемана.
Нормальный эффект Зеемана объясняется, как уже было отмечено,
классической электронной теорией Лорентца. Результаты этой теории
совпадают с результатами квантовой теории нормального эффекта Зеемана.
Как следует из классической теории *, величина сдвига частоты
определяется соотношением
= (12.17)
совпадающим с результатами эксперимента.
В отличие от нормального эффекта аномальный эффект Зеемана
удовлетворительно объясняется только с помощью квантовой теории **.
* См.: Ландсберг Г. С. Оптика, § 163.
** Ввиду того что теория нормального и аномального эффекта Зеемана до-
вотьно подробно изложена в следующих за оптикой курсах атомной физики и
квантовой механики, мы решили ограничиться изложением содержания самого
эффекта, необходимым для понимания механизма вращения плоскости
поляризации в магнитном поле.
со
а)
со
s> I I I
СО-лШ ш*ш
Рис. 12.5
293
До сих пор речь шла о расщеплении линии испускания под действием внешнего
магнитного поля. Как показывают опытные данные, эффект Зеемана
наблюдается также и у линий поглощения (обратный эффект Зеемана), причем
расщепление линии поглощения происходит совершенно аналогично расщеплению
линии испускания. Такая аналогия позволяет для простоты рассматривать
расщепление линии испускания вместо расщепления линии поглощения.
Как уже было отмечено в явлении Фарадея электроны подвергаются
одновременному воздействию постоянного магнитного поля и поля световой
волны. Если в отсутствие постоянного магнитного поля электроны колеблются
с собственной частотой со0, то, как следует из эффекта Зеемана, в
присутствии внешнего магнитного поля напряженностью Н0 они колеблются с
частотами
(r)л==со°+2^Я°' "пр = "о - 2^ Н0
(12.18)
для левой и правой волн соответственно.
Двойное лучепреломление в магнитном поле (явление Коттон- Мутона). Как
показали опытные данные, под действием магнитного поля, перпендикулярного
направлению распространения света, на веществе наблюдается явление,
аналогичное эффекту Керра. Установлено, что в эгом случае оптическая
анизотропия среды выразится формулой
пе - пи = DHi, (12.19)
где Н - напряженность магнитного поля, D - коэффициент
пропорциональности. Это явление в честь его исследователей носит название
явления Коттон-Мутона. Теория этого явления составляет полную аналогию с
теорией эффекта Керра. Поэтому нет необходимости подробно останавливаться
на этом явлении.
§ 5. ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ)
Прежде чем перейти к более подробному рассмотрению вращения плоскости
поляризации под действием магнитного поля, необходимо подробно
остановится на явлении так называемой естественной оптической активности,
имеющем непосредственное отношение к нему.
Оптическая активность. Параллельный пучок естественного света
направляется на систему, изображенную на рис. 12.6. Между скрещенными
николями Nx и М2 расположены светофильтр Ф (для монохроматизации света) и
пластинка из кристаллического кварца К, оптическая ось которой совпадает
с направлением луча. Так как вдоль оптической оси не происходит двойного
лучепреломления, то при скрещенном положении николей свет не должен
проходить
294
через систему. Однако, как показал опыт, наблюдается прохождение света
через систему. Это может произойти только в том случае, если пластинка
кварца поворачивает плоскость поляризации света на некоторый угол. Если
это так, то вращением николя N2 вокруг оси луча на такой же угол в
противоположном направлении можно скомпенсировать поворот плоскости
поляризации и добиться тем самым полного затемнения поля на экране.
Описанный опыт полностью подтверждает это предположение.
Явление вращения плоскости поляризации впервые было обнаружено Араго в
1811 г. при изучении двойного лучепреломления в кварце.
.Вещества, способные вращать плоскость поляпизапии в отсутствие ВНРЧГНМУ
ипэгтрн.-твий нд-1ктяштгя ППТИЧеСКИ аКТИВНЫМИ,
Оптическая активность, существующая в отсутствие какого-либо внешнего
воздействия на вещество, называется естественной.
Существует множество кристаллов и аморфных тел, обладающих оптической
активностью. В качестве примера оптически активных
веществ можно привести скипидар, камфору, никотин, раствор сахара,
киноварь, биологические макромолекулы и т. д.
_ Принято определять направление плоскости поляризации относительно
наблюдателя, смотрящего навстречу падающему лучу. Вращение называется
правым (положительным), если плоскость поляризации поворачивается вправо
(по часовой стрелке) для наблюдателя, и левым (отрицательным), если она
поворачивается влево (против часовой стрелки).
На основе экспериментальных данных было установлено, что существуют две
модификации кварца, одна из которых является правовращающей, а другая -
левовращающей. Значение угла вращения в обоих случаях одинаково по
абсолютной величине.
Опыты, проведенные с помощью установки, изображенной на рис. 12.6, при
разных светофильтрах (разных длинах волн) и прочих равных условиях
