Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
/I0Zl1 cos (Q^ — Kr), A0A2Cos (QtKr), A0A3CosKr, A1A2cos2Qt, Л^зСОБЙ/, i42i43cosQ^.
Из этих членов имеет значение только первый. Он представляет волйу, распространяющуюся в том же направлении и с той же фазой, что и первичная звуковая волна, возникшая из-за тепловых флуктуаций. Поэтому будет происходить параметрическое усиление этой акустической волны и всех световых волн, рассеянных на ней. Такой процесс усиления будет продолжаться до тех пор, пока интенсивность рассеянного света не станет сравнимой с интенсивностью падающего. Это действительно и наблюдается на опыте. В отличие от некогерентного рассеяния на тепловых флуктуациях, вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна когерентно.
ЗАДАЧА
При рассеянии света резонансной линии ртутной лампы (X = 253,65 нм) в кристалле алмаза под углом 6 = 90° к направлению падающего пучка были найдены две пары смещенных компонент е 6А = 0,052 нм и 6Я = 0,032 нм. (Речь идет о смещении относительно центральной — несмещенной — компоненты.) Определить скорости продольной и поперечной акустических волн в алмазе. Показатель преломления алмаза п = 2,42,
Ответ, " = 2n sin (6/2) T' °прод=18000 м/с; опопереч_= 11 ООО м/g.
Благодаря большой скорости звука в алмазе тонкую структуру линий рэ-леевского рассеяния удается исследовать даже с помощью призменных спектрографов, § 100]
КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА
615
§ 100. Комбинационное рассеяние света
1. При спектральных исследованиях рассеяния света в кварце и исландском шпате (февраль 1928 г.) Мандельштам и Ландсберг обнаружили, что каждая спектральная линия падающего света сопровождается появлением системы линий измененной частоты, называемых сателлитами (спутниками). Практически одновременно то же явление было открыто в Индии Раманом (1888—-1970) и Криш-наном (1898—1961) при исследовании рассеяния света в жидкостях. Изменение длины волны оказалось значительно больше, чем при рассеянии Мандельштама — Бриллюэна. Это явление называется комбинационным рассеянием света или эффектом Рамана (который раньше послал в печать сообщение о своем открытии). Приведем основные законы комбинационного рассеяния, установленные экспериментально.
1) Частоты сателлитов отличаются от частоты возбуждающей их линии на Acq^om6, где j — номер сателлита, так что различным сателлитам соответствуют различные Awkom6. При переходе от одной спектральной линии первичного пучка к другой совокупность значений AwZqm6 остается одной и той же. Она характерна для рассматриваемого вещества и меняется только при переходе от одного вещества к другому. Это обстоятельство используется в спектральном анализе методом комбинационного рассеяния света. Обычно частоты спектральных линий и их изменения принято характеризовать числом волн, укладывающихся в 1 см. Их мы будем обозначать через v и Av, полагая v = 1/А,. Табл. И показывает, насколько хорошо по измерениям Г. С. Ландсберга соблюдается постоянство Av для различных длин волн в комбинационном рассеянии света.
2) Каждому сателлиту с частотой w — Awkom6, смещенной в красную сторону спектра, соответствует сателлит с частотой w + Awkom6, смещенной в фиолетовую сторону. Первые сателлиты называются красными или стоксовыми, вторые — фиолетовыми или антистоксовыми.
3) Число различных сателлитов (т. е. число значений индекса )') и их относительная интенсивность при одной и той же температуре также зависят от рассеивающего вещества. Но интенсивности фиолетовых сателлитов значительно меньше интенсивностей соответствующих им красных сателлитов и проявляют общую тенденцию к ослаблению по мере увеличения Avkom6.
4) Постоянные Awkom6i характерные для рассматриваемого вещества, совпадают с собственными частотами йинфр инфракрасных колебаний того же вещества, хотя не всем известным ?2инфр находятся соответствующие Awkom6, и наоборот. Крометогб, нередко интенсивной линии комбинационного рассеяния соответствует слабая линия инфракрасного поглощения и наоборот. 616 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА • [ГЛ. VIIf
Таблица 11
Частота . Бензол C4H1 Хлороформ CHCl1 Четыреххлористый углерод ГГ.].
основной *
линии V,
CM"1 Av краен Av краен Л>ИОЛ Av краен ^фиол
33 692 992,9
33 086 991,3 667,7 — 459,7 —
31 985 992,9 667,7 669,3 458,3 459,4
31 923 992,3 667,3 669,5 457,8 460,4
29 917 — 668,1 670,5 458,7 458,8
27 388 991,2 666,6 — 458,4 461,2
27 354 991,3 666,8 669,9 459,4 461,8
27 290 991,1 — 669,8 459,1 461,8
24 705 992,2 669,2 669,5 457,9 459,7
24515 — 667,5 — 457,8
23 034 992,9 667,3 — —
22 994 992,1 670,8 — 457,8 —
'22 938 992,3 669,4 667,1 459,6 457,8
Среднее 992,0 668,0 669,4 458,5 460,2
5) Линии комбинационного рассеяния света более или менее поляризованы. Степень поляризации различных сателлитов одной и той же линии не одинакова и не находится в прямой связи с поляризацией основной линии рассеянного света. Характер поляризации красных и фиолетовых сателлитов, соответствующих данному значению Acok0h6, всегда одинаков и не зависит от частоты основной линии.
2. Явление комбинационного рассеяния света было объяснено сразу же Мандельштамом и Ландсбергом, когда они открыли это явление. В поле световой волны E электроны внутри молекулы приходят в колебания, и молекула приобретает индуцированный дипольный момент р = ?Z:. С классической точки зрения тензор поляризуемости молекулы ? определяется мгновенными положениями ее атомных ядер. Но сами ядра не находятся в покое, а совершают беспорядочное тепловое движение. По этой причине поляризуемость ? не остается постоянной, а меняется во времени. Ее можно представить наложением гармонических колебаний, частоты которых определяются колебаниями атомных ядер, т. е. совпадают с собственными частотами инфракрасных колебаний молекулы. Возникает модуляция колебаний индуцированных дипольных моментов р. Если внешнее электрическое поле E меняется во времени гармонически с частотой со, то в колебаниях дипольного момента р появятся комбинационные частоты со ± ?2инфр. Такие же частоты появятся и в излучении этих диполь'ных моментов, т. е. в рассеянном свете. § 100]
