Физика молекул - Леше А.
Скачать (прямая ссылка):
Aa [cos (toomt + Л*.) — cos шопт/] =
= —1 sin («оптt + -X) Siп ~.
При этом интенсивность пропорциональна
Ia ~ а\ = Al0! sin2 (соопт/ + х) sin2Ti ’ (ЗЛ08>
или
Ia = I0 Sin2-^ .
Это соотношение описывает просветление (рис. 3.28) при некоторой постоянной разности фаз Д,. Из I0 и Ia можьо, естествен-
h
Рис. 3.27. К вычислению интенсивности излучения при эффекте Керра. АПпл — амплитуда интенсивности излучения на выходе из поляризатора, которую можно разложить на две компоненты: ориентированную параллельно (Ap) и перпендикулярно (Л5) напряженности поля. В плоскости анализатора имеются две составляющие в противофазе (Д л и л)'
Рис. 3.28. Зависимость интенсивности света, прошедшего через ячейку Керра, от заданного сдвига фазы Лд,.
но, не с такой точностью, как с помощью компенсатора, определить Дл. В переменном электрическом поле величина Дл периодически меняется по закону (Е-cos Можно (с помощью
осциллографа) наблюдать либо мгновенное значение интенсивности, либо среднее значение. Соотношение (3.108) одновременно дает яркость при использовании ячейки Керра в качестве переключателя света.
3.5. Рассеяние света
3.5.1. Общий обзор
Мы рассматривали взаимодействие света с веществом, полагая, что атомы и молекулы совершают под действием световых волн вынужденные колебания. Поглощение и дисперсия света ¦обусловлены тем, что эти микроосцилляторы получают энергию и сдвиг фазы. Для завершения картины на базе этой модели необходимо учесть интенсивность излучения, распространяющегося в стороны от осцилляторов. Таким образом, вводится понятие рассеяния.
В идеально однородном теле, в котором, например, такие ¦осцилляторы упакованы «бесконечно плотно», все компоненты света, рассеиваемые в стороны, будут затухать за счет интерференции, и мы получим чистое рассеяние вперед. Рассеяние в стороны возникает за счет неоднородностей статической или динамической природы; при этом последние передают свету характеристики своего движения. Таким образом, анализируя рассеянный свет, можно получить данные обо всех особенностях структуры и динамики на микроуровне. Возможности таких исследований расширились с появлением быстродействующих фотоприемников и методов электронной цифровой обработки данных, что позволило измерять изменения интенсивности световых сигналов и построить их автокорреляционные функции.
В природе рассеяние света также играет значительную роль. Наблюдаемые в туманную погоду «солнечные лучи» или лучи света в мутных средах были объяснены более ста лет назад Дж. Тиндалем; попытка объяснить голубой цвет неба привела в 1900 г. Эйнштейна и Смолуховского к созданию теории рассеяния света, которая служит основой наших сегодняшних представлений (красноватый цвет солнца на закате также относится к этой категории явлений). И вообще большую часть нашей жизни мы проводим в условиях рассеяния света.
Рассмотрим рассеянный свет подробнее и представим себе измерительную установку, показанную на рис. 3.29. Источник создает монохроматический пучок света с частотой vo, просвечивающий образец. Нас будет интересовать не столько свет, прошедший через образец, сколько рассеянный в стороны — отклоненный на некоторый угол 0. Проанализируем его спектр и измерим интенсивность. Получим зависимость типа показанной на
81
рис. 3.30. Видно, что рассеянный свет имеет не только частоту падающего света Vo, но и более или менее ярко выраженные линии или полосы более высоких и более низких частот. На первый взгляд, если вспомнить правило Стокса для флюоресценции и фосфоресценции, можно понять наличие линий с меньшей частотой. Тот факт, что тот же спектр с почти равными значениями интенсивности, но зеркально симметричный относительно Vo, наблюдается и при более высоких частотах, свидетельствует
Рис. 3.29. Схема устройства для анализа рассеянного света.
/ — источник света; 2 — образец; 3 — спектральный прибор; 4 — детектор.
Рис. 3.30. Спектр рассеянного света (схематично).
1 — стоксова компонента; 2 — антистоксова компонента; 3 — рэлеевская линия; 4 — КР-компонен-та; 5 — РМБ-компонента
о том, что за счет того же процесса, который ведет к поглощению энергии, энергия может также передаваться фотонам. Часть сьектра, относящаяся к более высоким частотам, носит название антистоксовых линий.
Компонента спектра, имеющая исходную частоту v0, была точно описана Рэлеем (1881 г.); она характеризует вынужденные колебания излучающих осцилляторов. Рэлеевская линия может быть значительно шире линии возбуждающего излучения. Это явление удалось более тщательно изучить только в песледние 15 лет, когда с помощью лазеров были получены высокая когерентность и исключительно узкая ширина линии излучения.
Это уширение является следствием движения молекул и обусловленного им эффекта Доплера. Для газов полуширина линии Av 1/2 приблизительно равна
(3.109)
где V2 — среднеквадратичная скорость. Она, естественно, связана с диффузией, как мы видели ранее. Колебания плотности или флуктуации также могут приводить к аналогичному уши-рению. Ниже мы рассмотрим рэлеевское рассеяние более подробно.
