Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
привело к принципиально новым выводам также и при исследовании отражения
света от металлической поверхности. В 1965 г. * группа ученых сообщила о
генерации электронами проводимости второй гармоники падающего света при
отражении света мощного импульсного лазера от серебряного зеркала. Было
установлено, что образование второй гармоники происходит именно на
поверхности серебра при отражении света от нее. Таким образом, при
распространении мощного потока света на границе раздела диэлектрик-металл
может происходить изменение (удвоение) частоты отраженного от металла
света.
* См.: Финкельберг В. М. Нелинейное отражение света от границы металла. -
"Успехи физических наук", т. 87, вып. 4, 1965, с. 731.
Глава IV
КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА КАК ЕГО СПОСОБНОСТЬ К ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
§ 1. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ЛИНЕЙНОЙ оптики
Интерференция света относится к явлениям, сыгравшим существенную роль при
выяснении природы света. Именно это явление позволило Араго и Френелю не
только подтвердить волновую природу света, но также установить
поперечность световых волн.
Еще Гюйгенс обратил внимание на то, что прохождение одного пучка через
отверстие не оказывает никакого действия на прохождение через то же
отверстие другого пучка. Гюйгенс писал: "Одно из чудеснейших свойств
света состоит в том, что, когда он приходит из разных и даже
противоположных сторон, лучи его производят свое действие, проходя один
сквозь другой без всякой помехи. Этим объясняется то, что несколько
зрителей могут одновременно видеть через одно и то же отверстие различные
предметы...". Математически это означает, что напряженность поля Е,
создаваемого в данной точке пространства двумя источниками света, равна
векторной сумме напряженностей Ег и Д2, которые они создавали бы в
отдельности, т. е. Е = Ег + Е2. Это и есть содержание так называемого
принципа суперпозиции.
Принцип суперпозиции является результатом того, что световые волны
описываются однородными линейными уравнениями Максвелла и линейными
материальными уравнениями. Другими словами, свойства среды, в которой
распространяется свет, не зависят от интенсивности распространяющейся
световой волны. Это, как нам сейчас известно, имеет место только при
слабых полях *. Следовательно, принцип суперпозиции будет верным только
для слабых полей, т. е. принцип суперпозиции является принципом линейной
оптики.
Распространение мощного пучка лазерного излучения сопровождается
различными явлениями в среде: происходит электрострикция, вызванная
действием сильного светового поля, возникает нелинейная электронная
поляризация, происходит нагрев среды за счет
* В слабых полях материальные уравнения имеют вид: D = еЕ, В = рЯ. В
сильных же полях эти уравнения становятся нелинейными, т. е. векторы D и
В уже не являются линейными функциями, соответственно, напряженностей Е и
Я (подробнее см. гл. XVI).
3* 67
диссипации энергии световой волны, происходит "выстраивание" молекул (в
жидких средах) по полю и т д. Все эти явления, естественно, изменяют
свойства среды. В частности, электрострикцпя в сильном световом поле
приводит к появлению давления, пропорционального квадрату напряженности
светового поля, а это, в свою очередь, изменяет плотность среды и
приводит к соответствующим изменениям показателя преломления. В
результате "выстраивания" молекул по полю среда становится анизотропной,
а ее средний показатель преломления для ориентирующего поля возрастает.
Все подобные изменения свойства среды приводят к зависимости показателя
преломления и коэффициента поглощения от интенсивности света.
Следовательно, мощный пучок света, распространяясь в среде, изменяет ее
свойства, создавая тем самым отличные от прежнею условия для своего
распространения. Такое действие света самого на себя через посредство
среды принято называть явлением самовоз-действия. Процесс самовоздействия
приводит к изменению интенсивности света, его поляризации и т. д.
Очевидно, что в этих условиях две мощные волны, распространяющиеся в
нелинейной среде, никак не могут не воздействовать также и друг на друга.
Таким образом, принцип суперпозиции в сильных световых полях,
распространяющихся в среде, уже не будет иметь места.
Так же как и во всех других главах при отсутствии особого упоминания,
будем иметь дело только с линейной оптикой, в основе которой, как уже
нами неоднократно отмечено, лежит принцип суперпозиции. Вопросы,
связанные с нарушением принципа суперпозиции при взаимодействии волн,
будут изложены в основном в гл. XVI.
§ 2. СЛОЖЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ. КОГЕРЕНТНОСТЬ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Сложение колебаний. Пусть в некоторой точке встречаются два колебания
одинаковой частоты, разных начальных фаз и разцых амплитуд. Для простоты
положим, что оба колебания происходят вдоль одной линии. Следовательно,
имеем:
?х = ?01 cos (oV-f аг),
Е2 - ?02 cos (co/'-f означало отсчета времени можно было бы выбрать так,
чтобы начальная фаза одного из этих колебаний равнялась нулю. При этом
