Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
молекул
и
соответственно
R, условн. ед,
Рис. 46. Микрофотограмма спектра отражения от поверхности раздела стекло - холестерилвалерат Н9С4СООС27Н44; <р=35°, Т-76° (а). Спектр отражения холестерического жидкого кристалла; точки - эксперимент [43], кривая - теория [44] (б). Спектр пропускания цир-кулярно поляризованного света (смесь производных холестерила) (в).
На рис. в нижняя кривая - правополяризованный свет (проходит); верхняя - левополяризованный (почти полностью отражается) [43]. Во всех кристаллах полоса поглощения - в области Ж3300 А.
других структурных размеров. Таковы явления при отражении света от жидких кристаллов. Эти вещества
126
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА [ГЛ. 3
состоят из крупных молекул сильно вытянутой формы, упорядоченно ориентированных и расположенных в слоистых структурах. Вследствие больших размеров молекул здесь уже в оптической области возникают дифракционные эффекты на этих молекулах, точнее, на образованных ими трехмерных структурах, с отражением от указанных молекулярных слоев, подчиняющимся условиям Брэгга - Вульфа. В результате вещества, обладающие поглощением лишь в далеком ультрафиолете, дают резко селективное отражение в середине видимой области (рис. 46 [44], а также данные лаборатории автора1)), причем положение максимума зависит от угла падения, как и следует из условия Брэгга - Вульфа (ср. также [45]).
§ 13. Влияние теплового движения частиц; рассеяние на поверхности
В § 10 предполагалось, что частицы неподвижны и равномерно распределены в пространстве. Однако преимущество микротеорий заключается в возможности понять механизм явления и при наличии теплового движения (вопрос об упорядоченных, коллективных движениях рассматривается в дальнейшем).
Л. И. Мандельштам [37] показал, что тепловое движение частиц как таковое не нарушает когерентности и не меняет характера процесса, т. е. не приводит к рассеянию.
Рассеяние возникает только вследствие флуктуаций плотности, анизотропии и флуктуаций концентрации в случае раствора, когда правильность интерференции вторичных элементарных волн нарушается вследствие некогерентности этих флуктуаций. Это рассеяние отличается от того, о котором говорилось в § 10, тем, что оно, так же как и создающие его флуктуации, некогерентно с отраженным светом (однако теорема погашения все же и здесь оказывается справедливой).
Очевидно, что характер перечисленных флуктуаций в приповерхностных слоях, вообще говоря, иной, нежели в объеме, вплоть до расстояний (вглубь среды) поряд-
') Данные'-'получены JI.-T. Колдаевой и Е. П. Сухенко.
§ 13] ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ 127
ка длины корреляции флуктуаций, могущей достигать ~ 15-1500 А.
'Особенно это относится к флуктуациям концентрации в растворах, ибо известно, что у поверхности существует слой, обедненный поверхностно активной компонентой, поверхностное натяжение у которой сильнее (см. § 26). Этот вопрос ни теоретически, ни экспериментально не исследован. Однако более важно то, что на самой поверхности, особенно в жидкостях, могут возникать флуктуации формы - шероховатости молекулярных размеров и капиллярные волны. Изображая подобные шероховатости в виде разложения Фурье на набор поверхностных волн и рассматривая отражение от подобной периодической структуры, можно рассчитать возникающие отражения и добавочное рассеяние. Последнее оказывается обратно пропорциональным поверхностному натяжению среды; зависимость от Я здесь, в отличие от объемного рэлеевского рассеяния,
- р-. Если размеры шероховатостей <СЯ, то рассеяние
аддитивно добавляется к отражению и преломлению, рассчитанным по формулам Френеля для гладкой поверхности.
Подробное изложение теории этого рассеяния и сводка имеющихся экспериментальных данных приведены в монографии [46]. О современных методах расчета рассеяния такого рода, основанных на теории возмущений, см. § 17. Последние измерения интенсивности приведены в работе [47], а спектральное распределение ее - в работе [48]. Эксперимент согласуется с теорией. Рассеяние особенно сильно вблизи критической температуры, где поверхностное натяжение падает, и на границе двух жидкостей вблизи критической температуры расслаивания.
Г. С. Ландсберг показал [49], что для зеркально отраженной компоненты Френеля эффект Допплера отсутствует: для компоненты, рассеянной на поверхности, эффект Допплера должен иметь место, но смещение частоты лежит за пределами возможностей наблюдения.
Рассеяние на поверхности быстро и сильно возрастает при загрязнении и служит источником многих
128 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА [ГЛ. 3
значительных ошибок эксперимента: оно мешает в работе окг.
При больших мощностях падающей волны (порядка 108-1010 вт/см2) возникает ряд нелинейных эффектов. Прежде всего вследствие электрострикции и эффекта Керра возникают периодические в пространстве изменения показателя преломления, а в случае жидкости появляются интенсивные капиллярные волны, что приводит к сильному рассеянию. Происходит также сильный нагрев поверхности и ряд других явлений. Нелинейные эффекты рассмотрены в § 20.
