Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
228
произведение Nf^ ~ (Ак)'г, а в некоторых случаях каждый из сомножителей . В частности, так измеряют важную атомную константу — вероятность перехода ~ ftk/k^k, связанную со средним временем жизни атома в возбужденном состоянии. Измерив Nfa для двух линий поглощения, можно с хорошей точностью определить относительную вероятность соответствующих переходов . Точность абсолютных измерений fa связана с корректностью определения числа поглощающих свет атомов в единице объема.
Существует много способов определения среднего времени жизни возбужденного атома. Остановимся на очень интересном и получившем в последнее время широкое распространение оп-тико-магнитном методе. Поясним его на классической модели, полностью описывающей явление лишь в некоторых частных случаях, но качественно отражающей и общее решение задачи.
Излучающий атом можно представить в виде затухающего осциллятора, излучение которого поляризовано (см. § 1.5). Поместим этот осциллирующий диполь, состоящий из положительно заряженного ядра и электрона ( Мяд/тэл » 1), во внешнее постоянное магнитное поле Нвнеш. Такой диполь будет прецес-сировать в плоскости, перпендикулярной Нвнеш. Если бы можно было следить за поляризацией излучения одного диполя в направлении внешнего магнитного поля, то мы заметили бы, что плоскость поляризации со временем поворачивается. Осциллятор затухающий, поэтому одновременно с поворотом плоскости поляризации будет убывать и интенсивность излучения. Естественно, что чем быстрее затухает излучение (т.е. чем меньше время жизни возбужденного состояния), тем на меньший угол успеет повернуться плоскость поляризации. На опыте наблюдается излучение когерентно возбужденного ансамбля атомов и измеряются его поляризационные характеристики как функции внешнего магнитного поля. После несложной математической обработки результатов наблюдения можно определить среднее время жизни атома в возбужденном состоянии.
При исследовании монохроматических линий, позволяющих работать с очень большой разностью хода, применяют интерферометр Майкелъсона, сыгравший существенную роль при решении как фундаментальных физических задач, так и различных задач техники. Рассмотрим принципиальную схему этого интерферометра (рис. 5.44).
Два плоских зеркала I к II
5.44. Принципиальная схема интерферометра Майкельсона
229
укреплены на массивном основании перпендикулярно друг другу. Одно из них (например, II) может передвигаться по салазкам, оставаясь параллельным своему первоначальному положению. Полупрозрачное стекло 3' (отражающий слой Л = 50%) служит делителем света на пучки 1 и 2. Пластину 3", имеющую такую же толщину, как и пластина 3‘, вводят на пути луча 1. чтобы создать эквивалентные условия для обоих лучей; в самом деле, из рисунка видно, что луч 2 трижды проходит пластину 3‘, а луч 1 — лишь один раз, так как отражающий слой нанесен на стороне пластины 3', обращенной к источнику. Если ввести на пути луча 1 пластину 3", то при равенстве плеч интерферометра оптическая длина пути для лучей 1 и 2 одинакова и разность их хода Д = 0.
При перемещении зеркала II в положение If возникнет разность' хода Д, равная удвоенному расстоянию между зеркалами
II и It. Если зеркало II по-прежнему строго параллельно отображению зеркала I, то на выходе получатся кольца равного наклона. Если воздушная прослойка представляет клин, то возникнут полосы равной толщины. В обоих случаях полосы можно спроецировать линзой на экран для наблюдения стационарной интерференционной картины. В первоначальном варианте Майкельсон наблюдал кольца равного наклона при помощи зрительной трубы. Мы увидим, что такой простой способ регистрации позволил ему обнаружит^ очень тонкие эффекты.
В процессе движения зеркала II происходит перестройка картины интерференции — в поле зрения появляются новые полосы. В зависимости от направления движения зеркала II кольца равного наклона будут разбегаться из центра интерференционной картины или собираться к ее центру. Если скорость перемещения зеркала не слишком велика и при его движении мало сказывается разъюстировка интерферометра, то можно сосчитать число полос, возникших за определенный промежуток времени.
Ранее не оговаривались требования, предъявляемые к источнику света, излучение которого можно исследовать с помощью интерферометра Майкельсона. Предполагалось, что это монохроматическое излучение вполне определенной частоты v = = ш/(2л). Но иногда возникает и более сложная ситуация. Если осветить интерферометр немонохроматическим светом, то результирующая интерференционная картина, очевидно, должна содержать какую-то информацию о спектральном составе исходного излучения.
Фактически близкая задача решалась в опытах Майкельсона, проведенных в конце XIX в. Он исследовал (фотографически или визуально) изменение видимости интерференционных колец равного наклона при увеличении разности хода вследствие перемещения одного из зеркал интерферометра. После его переме-
230
щения на определенный отрезок проводилась проверка юстировки и определялась функция видимости интерференционной картины
