16.6. Поляризация при рассеивании света.
Рассеяный на неоднородных средах естественный свет в не-
которых направлениях является линейно-поляризованным и, наобо-
рот, линейно-поляризованный свет в некоторых направлениях не
рассеивается). В основе этого явления (как и при поляризации
света, отраженного под углом Брюстера) лежит природа самой
электромагнитной поперечной световой волны (см."Поляризация"),
а вовсе не анизотропия и ориентация молекул, что лишь препятс-
твует полной поляризации рассеивания света.
Поляризация при рассеивании - единственный метод поляриза-
ции рентгеновского излучения (1).
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Н.Д.Жевандров. Анизотропия и оптика. М., "Наука",1974
2. Г.С.Ландсберг, Оптика. М., "Наука", 1976
3. У.Шерклиф, Поляризованный свет. М., "Мир",1965
4. М.Фрахт, Фотоупругость,т.1-2. М.,1950
5. А.Вайсбергер, Физические методы в органической химии, пер.
с англ. т.5, М., 1957
6. Квантовая электроника, изд. "Советская энциклопедия",
М.,1969
7. Р.Дитчберн,Физическая оптика, пер. с англ.,М.,1965
8. Г.Иос,Курс теоретической физики, "Учпедгиз", М.,1963
9. М.Борн, Атомная физика, пер. с англ., М.,1965
10. А.с. 154680, 178905, 243872, 268819, 391672, 416595,
474724
США патенты 3588214, 3558215, 3558415, 3588223, 3811778
Великобритания, заявка 1354509
ФРГ заявка 2333242
Франция, заявка 22099357
17. ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ.
До сих пор мы рассматривали оптические явления в предпо-
ложении, что интенсивность (вт. см2) световой волны никак не
влияет на физику явления. Так оно и было до тех пор, пока в
оптике оперировали со световыми волнами, напряженность элект-
рического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению
с внутренним электрическим полем (10 в девятой степени в/см),
определяющим силы связи оптического электрона с ядром атома.
Однако, с появлением лазеров, опыта со световыми пучками, ин-
тенсивность которых достигает NNNNN вт.см2,(электрическое поле
световой волны соизмерно с внутриатомным, показали, что су-
ществует сильная зависимость характера оптических эффектов при
достижении некоторых пороговых знаний интенсивности.
Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсив-
ности излучения называют нелинейными. Далее мы приведем неко-
торые из них.
17.1. Вынужденное рассеяние света.
Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепло-
выми движениями молекул (тепловые акустичекие волны), рассеи-
вают световую волну и модулируют ее по частоте, при этом
возникают сателлиты с частотами, равными сумме и разности час-
тот световой волны и тепловых акустичеких колебаний (спонтан-
ное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интен-
сивности сателлитов интенсивности падающего излучения
составляет лишь 10 в минус шестой степени.
При увеличении интенсивности падающего излучения выше по-
рогового значения происходит следующее. Под действием электри-
ческого тока из-за явления электрострикации возникают импульсы
избыточного давления, достигающие в поле лазерного луча дес.
тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (гипарз-
вук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления
по закону бегущей волны. Эти изменения показателя преломления
образуют в среде как бы дифракционную решетку, на которой и
происходит рассеяние световой волны. При этом интенсивность
сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей вол-
ны, а количество их возрастает. Описанный эффект называется
вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
При достаточно больших интенсивностях падающего излучения
нелинейная среда стать может генератором звука со световой на-
качкой. С помощью лазеров удается возбуждать мощные (до 10
квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых те-
лах.
Свой нелинейный аналог и комбинационное рассеяние
(см."Поглощение и рассеяние"). При вынужденном комбинационном
рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде коге-
рентные колебания молекул, на которых и происходит его рассея-
ние с образованием суммарных и разностных сателлитов. Частота
наиболее мощного из них меньше частотоы падающего света на
частоту молекулярных колебаний.
Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со
сжатым водородом, когда интенсивность достигает пороговой ве-
личины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассе-
янном излучении настолько возрастает и их интенсивность нас-
только высока, что, луч, выходящий из газа, из красного
становится белым. Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях, напри-
мер, в нитробензоле. Особенность здесь в том, что рассеянные
компоненты с различной длиной волны пространственно разделены
и образуют на экране цветные кольца.
Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основ-
ном, для последования структуры и свойств вещества, для изуче-
ния нелинейных процессов в средах. Используется также для на-
качки полупроводниковых ОКР, для управления параметрами
твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобра-
зователей частоты мощного когерентного света в ультрафиолето-
вой, видимой и особено инфракрасной областях спектра
17.2. Генерация оптических гармоник.
При рассеянии интенсивного лазерного излучения в жидкос-
тях и кристаллах, помимо описанных выше боковых спектральных
компонент, обнаруживаются компоненты с частотами, в точности
кратными частоте падающего излучения (двухкратными, трехкрат-
ными и т.д.), называемые оптическими гармониками. В некоторых
кристаллах эти гармоники могут составлять до 50% рассеянного
излучения. Таким образом, если направить красное излучение ру-
бинового лазера (0,69 мкм) на кристалл дигидросфата калия, то
на выходе можно получить невидимое ультрафиолетовое излучение
(0,345 мкм).
17.3. Параметрическая генерация света.
Поместим нелинейный кристалл в оптический резонатор и
направим на него мощное световое излучение накачки. Одновре-
менно подадим на кристалл два слабых излучения с чатотами,
сумма которых равна частоте излучения накачки. При этом в
кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых
волн, частота которых равна частотам этих двух слабых излуче-
ний. В действительности же, кроме волны накачки, нет необходи-
мости ни в каких дополнительных излучениях, т.к. в кристалле
всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с соответству-
ющими частотами. Существенным является то, что при повороте
кристалла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно
перестраиваться, в сумме оставаясь равными частоте волны на-
качки. Это позволяет создавать оптические преобразователи,
квантовые усилители и генераторы, плавно перекрывающие широкий
диапазон излучений от видимого до далекого инфракрасного при
фиксированной частоте накачки.
ФРГ патент 1 287 229: Преобразователь частоты содержит
неинейный электрооптический двоякопреломляющий кристалл, через
который когерентный входной световой сигнал пропускается под
таким углом к оптичекой оси кристалла, что внутри кристалла
возникают два колебания с другими частотами.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67