Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрение данных табл .2.1 (полученных для 1= 5893 А — желтый свет) показывает, что в некоторых случаях п < 1. Отсюда следует, что фазовая скорость и = с/п в металле больше скорости электромагнитных волн в вакууме. Это нас не должно особенно удивлять, так как хорошо известно, что никаких ограничений для фазовой скорости нет.
Для инфракрасной области спектра проверка теории была осуществлена при исследовании потерь на отражение для ряда
Таблица 2-1
Металл Я п пх Металл Я п пх
Na 0,97 0,044 2,42 Hg 0,77 1,60 4,80
Ag 0,94 0,20 3,44 Си 0,71 0,62 2,57
Cd 0,84 1,13 5,01 РЬ 0,54 3,46 3,25
А1 0,83 1,44 5,23 Fe 0,33 1,51 1,63
Au 0,82 0,47 2,83
благородных металлов в спектральной области от 10 до 25 мкм. Нетрудно заметить [см. (2.25) и (2.27)], что при эе = 1 и при п » 1 потери света при отражении
1 - Я = 2/л = 2Ь/а. (2.29)
Так как v ~ 1Д. то потери на отражение должны изменяться по закону ~ l/VxT
Из данных табл. 2.2 следует удовлетворительное согласие между приведенными в ней значениями отношения потерь на отражение (1 — Я\)/<Л — Яг) и VA.2A1 = V25/12 « 1,5.
В аналогичных опытах, проведенных в начале XX в., была также исследована зависимость о (Т), которая, как известно, для не очень низких температур хорошо согласуется с законом о ~ 1 /Т. Полученные из оптических измерений значения электропроводимости подчинялись этой зависимости.
105
Таблица 2.2
Металл Потери на отражение (1 - <#!)/(! ~ =Я2)
Aj—12 мкм Х2=25 мкм
Ag 9,05 7,07 1,2
Pt 10,6 6,08 1,5
Au 13,8 8,10 1,7
Си 12,1 6,67 1,8
Таким образом, для инфракрасной области спектра наблюдается удовлетворительное согласие теории, развитой Друде, с данными эксперимента и открывается возможность вычисления а и е по формулам (2.27) из экспериментально найденных оптических констант металла га и газе. Следует отметить, что обратный путь (получение га и газе из измерения а и е) не приводит к успеху, так как в области столь высоких частот отсутствуют достаточно точные методы определения этих электрических констант.
В заключение укажем на необходимость различать поглощение (диссипацию) электромагнитной энергии и ее затухание (например, в результате рассеяния до приемника доходит лишь некоторая часть распространяющегося в данном направлении света). Следует учитывать, что истинное поглощение электромагнитной энергии всегда связано с переводом ее в теплоту при совершении работы Еj Ф 0. Однако j = дР/dt, а поляризуемость вещества Р = агЕ, где восприимчивость аг связана с диэлектрической постоянной известным соотношением 6 = 1 + 4пх. Следовательно, дифференцирование дР/dt приводит к дифференцированию е, что связано с умножением ее на iw. Если е — величина комплексная, то поляризационный ток j будет иметь действительную часть (i2 = —1) и работа сил поля неизбежно приведет к поглощению части световой энергии. Мы видим, что истинное поглощение связано с комплексностью диэлектрической постоянной, которая приводит к комплексному значению показателя преломления га'. Но показатель преломления га = Ve может быть комплексным и при действительном, но отрицательном значении е < 0. В этом случае работа сил Ej = 0 и имеет место лишь затухание энергии, а не ее поглощение. В рассмотренном явлении нарушенного полного внутреннего отражения (см. §2.4) мы имеем пример такого ответвления части энергии от исходного направления, где проводилось ее измерение. Аналогичный про-
106
цесс затухания энергии при действительном значении е < 0 приведен в гл. 4 при рассмотрении рефракции коротких радиоволн в атмосфере.
§ 2.6.СВЕТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
Закончим изложение физических явлений, связанных с отражением электромагнитной волны, рассмотрением причин возникновения давления света. Расчет этого весьма общего явления впервые был проведен Максвеллом для случая отражения световой волны от поверхности металла. Экспериментальное подтверждение расчета П. Н. Лебедевым сыграло большую роль в утверждении электромагнитной теории света.
Измерение столь малой силы, действующей на отражающую поверхность (в яркий солнечный день на 1 м2 земной поверхности действует сила 0,5 дин), была задачей отнюдь не легкой. Эти трудности усугублялись тем, что в годы, когда экспериментировал Лебедев, техника высокого вакуума была развита слабо. При недостаточно высоком разрежении вторичные эффекты (термический и др.) играют большую роль. Достаточно указать, что если наблюдать воздействие света на два помещенных внутри откачанной колбы крылышка, одно из которых сделано блестящим, а второе — зачерненным (именно так часто иллюстрируют явление светового давления), то система начинает вращаться в направлении, противоположном предсказанному теорией.
Это значит, что в данном случае вторичные явления, связанные с остаточным давлением газа, намного превышают истинный эффект. В 1873 г. физик Крукс ошибочно утверждал, что в таком опыте он обнару- х. жил световое давление, существование которого предсказывалось многими учеными начиная с XVII в. Но выполненный Максвеллом в том же году расчет показал, что ожидаемый эффект должен быть на несколько порядков меньше, чем вращающие силы, наблюдавшиеся в этом простом опыте. Теперь хорошо известно, что именно так проявляются «радиометрические» эффекты, обусловленные молекулярной бом-бардировкой поверхности, нагретой светом. Лебедев добился успеха благодаря исключительно продуманной методике и технике эксперимента, при котором «радиометрические» эффекты были минимальны. Лопасти миниатюрных крылышек с хорошей теплопроводностью, подвешенных на тонкой кварцевой нитц
