Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
^ = -11^ (91.1)
2. Смещение собственных частот меняет кривую дисперсии, т. е. показатель преломления п среды. В простейшем случае, когда собственная частота со0 одна, величина п вдали от линии поглощения зависит только от разности ю2 — <л0, как это видно 'из формулы (84.9). Тогда изменение п в статическом электрическом поле E0 определяется выражением
а дп . , дп 2eft „
Aft = ^F Аю0 = — д„3 E0.
Это выражение можно преобразовать, заметив, что d//dco<S = = —df/dсо2. Тогда
Дгс— дп 2gP ? _ дп eP ? (912)
дш2 та>1 0 да» тсоо)Ц ' ' '
При фиксированном направлении внешнего поля E0 величина An зависит- от направления распространения света. Это сказывается на двойном преломлении среды. Изменение двойного преломления вещества из-за смещения собственной частоты во внешнем электрическом поле называется электрооптическим эффектом Поккельса. В этом эффекте изменения показателей преломления пропорциональны первой степени внешнего поля E0, в отличие от эффекта Керра, где они пропорциональны квадрату поля.
Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии. Дело в том, что он линеен относительно внешнего поля E0. Поэтому при изменении направления поля E0 на противоположное должен меняться на противоположный и знак изменения An показателя преломления. Но в кристаллах с центром симметрии это невозможно, так как оба взаимно противоположных направления внешнего поля физически совершен-но эквивалентны. 564
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
Из механизма явления ясно, что эффект Поккельса по крайней мере столь же безынерционен, что и эффект Керра. Поэтому он, наряду с эффектом Керра, нашел применение (например, в технике лазеров) в качестве оптических затворов и высокочастотных модуляторов света. Соответствующее устройство называется ячейкой Поккельса. Она представляет собой кристалл, помещаемый между двумя скрещенными николями. Такое устройство действует так же,, как и ячейка Керра. Николи не пропускают свет, когда нет внешнего электрического поля, но при наложении такого поля пропускание появляется. Необходимо, чтобы кристалл до наложения внешнего электрического поля не давал двойного преломления. Этого можно достигнуть, если взять оптически одноосный кристалл, вырезанный перпендикулярно к оптической оси, а свет направить, вдоль этой оси. Внешнее поле E0 может быть направлено либо перпендикулярно (поперечный модулятор света), либо параллельно распространению света (продольный модулятор).
- § 92. Эффект Зеемана
1. В 1896 г. Зееман (1865—1943) обнаружил, что спектральные линии определенным образом расщепляются, если источник света поместить в магнитное поле. В опыте Зеемана исследовалась очень, узкая зелено-голубая линия кадмия и применялись магнитные поля с напряженностью 10 ООО—15 ООО Гс. Г. А. Лорентц, развивавший в то время электронную теорию, сразу же объяснил явление-
Зеемана и тем самым придал дальнейшим исследованиям планомерный и целенаправленный характер.
Применяемая схема для наблюдения и исследования явления приведена на рис. 312. Источник света с линейчатым спектром, (например, газоразрядная трубка илй вакуумная дуга) помещается между полюсами электромагнита, создающего достаточно однород- §92] ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА
565
ное магнитное поле. Исследуемый свет попадает на щель спектроскопа или спектрографа Sp с разрешающей силой около 100 ООО или выше (дифракционную решетку или интерференционный спектральный аппарат). Николи N1, N2 и пластинка Я/4 служат для исследования поляризации излучаемого света. При фотографировании наблюдаемой картины применяются иногда многочасовые экспозиции. В течение всего этого времени должно быть обеспечено с достаточной точностью постоянство магнитного поля и температуры источника, чтобы картина оставалась неизменной во времени и можно было использовать спектральный аппарат высокой разрешающей силы.
В первых опытах Зёеман обнаружил, что при наблюдении поперек поля спектральная линия расщепляется на три линейно поляризованные компоненты. Средняя компонента не смещена, крайние смещены в противоположные стороны на одинаковые расстояния (в шкале частот). Смещение пропорционально напряженности внешнего магнитного поля В. В средней компоненте электрический вектор направлен параллельно магнитному полю (такие компоненты называются п-компонентами), в крайних — перпендикулярно к нему (такие компоненты называются а-компонентами). Интенсивность л-компоненты вдвое, а каждой из а-компонент в четыре раза меньше интенсивности исходной линии.
При наблюдении вдоль магнитного поля получается такое же смещение (при одинаковой напряженности магнитного поля), что и в предыдущем случае, но несмещенная компонента отсутствует. Интенсивность каждой компоненты вдвое меньше интенсивности исходной спектральной линии. Обе компоненты поляризованы по кругу в противоположных направлениях (их принято называть также о-компонентами). Если свет распространяется в направлении магнитного поля, то о-компонента с меньшей частотой поляризована по правому, а с большей — по левому кругу. Пру изменении направления магнитного поля на противоположное меняется на противоположную и круговая поляризация ~0 -- ~о -о-- -о - —о-обеих компонент.
