Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Подробности квантовомеханической трактовки для паров изложены в работах [38, 70, 71, 65, 67, 69]; дискуссия теории еще продолжается, и полного истолкования явлений еще нет.
Для нашего анализа важен тот факт, что, если детали трактовки явлений в работах [62-64], несомненно, могут оспариваться, сама возможность наблюдения постепенного развития взаимодействий не подлежит сомнению.
Таким образом, подобные опыты позволяют проследить постепенное (по мере сближения) развитие взаимодействия частиц, возникновение отражения от образуемой ими постепенно поверхности и замену некогерентного излучения когерентным рассеянием. При этом отчетливо выявляется связь интенсивности селективного отражения, области формирования, глубины проникновения и характера взаимодействия.
Как видно, эта часть теории отражения света еще далеко не завершена и требует изучения.
§ 16. Время установления поля при отражении и когерентность
Выше описывались лишь стационарные процессы, вопрос о ходе установления этих процессов не рассматривался.
Как указывалось в § 10, в начальные моменты времени пришедшая из вакуума волна распространяется в среде 2 по прежнему направлению и с прежней скоростью, ибо время ответа любых реальных атомно-молеку-
') На рис. 49, б пунктиром показана разность между опытом и дисперсионной формулой, приписываемая авторами возникновению этой флуоресценции.
140 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА [ГЛ. 3
лярных систем конечно; отраженная и преломленная волны формируются постепенно по мере развития ответа.
Отсюда сразу очевидно, что передовой фронт любого сигнала должен распространяться со скоростью, равной скорости света в вакууме с. Для определения амплитуды и структуры поля у этого фронта необходим уже анализ процесса.
Из развитой выше теории следует, что время установления поля определяется двумя факторами: временем, необходимым для распространения первичной и элементарных вторичных волн в среде 2 в области формирования отраженной волны (со скоростью с)1), и временем ответа среды (точнее, частиц) на пришедшее возмущение.
Поскольку для анализа хода установления поля необходим ограниченный как-либо сигнал, первичное излучение в силу этого немонохроматично, и необходимо учесть дисперсию. При со-^оо ответ, очевидно, не развивается вообще.
Распространение фронта немонохроматической волны в диспергирующей среде было предметом подробного обсуждения в работах Зоммерфельда [72], Бриллю-эна [73], Леонтовича [74, 75]. Сделан вывод, что при вступлении сигнала в среду с любым показателем преломления п, но диспергирующую, возникает "предвестник" очень высокой частоты, движущийся со скоростью с; за ним следует область переходного процесса, где колебания затухают, а частота их падает. За ней следует второй предвестник, имеющий малую частоту (почти апериодический), но возрастающую амплитуду и
скорость-. Далее частота растет, приближаясь к м,
а амплитуда снова падает; наконец, после прохождения этих двух предвестников развивается стационарное колебание частоты со (скорость v = с/п). Эти расчеты основаны на классической теории колебаний, квантовые эффекты не учитываются. Два предвестника соответствуют двум ветвям кривой дисперсии.
') На языке геометрической оптики - временем "от входа до выхода".
5 161 ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ПОЛЯ ПРИ ОТРАЖЕНИИ 14 J
Групповая скорость сигнала ни в какой момент не превосходит с, даже если ифаз>с, как это может быть в плазме1).
Экспериментальное подтверждение теории Зоммер-фельда-Бриллюэна получено впервые для СВЧ-диапа-зона (0,6 гц) в работе [76]; исследовалось распространение сигнала в волноводе с ферримагнетиком.
Трудно сомневаться в применимости теории для световых волн, если не учитывать время ответа - возбуждения частиц, где необходим квантовомеханический анализ.
Рассмотрим вопрос подробнее для отражения.
Пусть на поверхность раздела падает нормальная волна (среда 1 - вакуум) вида
тогда для ближайших к фронту частей сигнала в первом приближении можно пренебречь временем возбуждения и релаксации атомно-молекулярных частиц в среде.
Можно провести расчет двумя способами. Следуя работе [77] можно принять в указанном приближении в качестве п2 часто принимаемое для плазмы выражение
где юпл - электронная плазменная частота.
Тогда Ег и Ed находятся в виде сумм рядов функций Бесселя, и при малых t
') Если величина игр (to) = сорезстановится больше с,
Е -
(16.1)
(16.3)
(16.2)
она теряет смысл групповой скорости.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА [ГЛ. 3
Результат для Ed близок к полученному в работе Зоммерфельда (см. также [78]).
Положение первого максимума /2, определенное в работе [77] для NBJl~l022 см~3, дает "задержку" при отражении ближних к фронту частей волны порядка
0,3-Ю~15 сек (что соответствует глубине области формирования передней части сигнала ~5-10-6 см).
В работе [79] расчет проводился для близких условий- металла с малой величиной е; дисперсия, время ответа среды и деформация сигнала не учитывались, и производился расчет времени, необходимого для распространения поля (со значениями е, р, о для частоты ю).
