1. Механические эффекты Силы инерции



страница18/21
Дата22.06.2019
Размер3.17 Mb.
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21

магнитооптического эффекта Керра позволяет снимать кривые на-

магничивания и дистеризиса на учатках поверхности размером 1

мк2. (приборы и техника эксперимента, 1973,нр-5, стр. 215-217)

16.4.4. При распространении света в веществе перпендику-

лярно магнитному полю возникает двойное лучепреломление, вели-

чина которого пропорциональна квадрату напряженности магнитно-

го поля. (ээфект Коттона-Муттона).

Наложение сильного магнитного поля ориентирует хаотически

расположенные молекулы (если последние имеют постоянный маг-

нитный момент), что и приводит к оптической анизотропии. Этот

эффект много слабее, чем электрооптических эффект Керра, а в

технике применяется редко.

Механизм всех магнитооптических явлений тесно связан с ме-

ханизмом прямого и обращенного эффекта Зеемана.

16.4.5. Прямой (обращенный) эффект Зеемана

состоит в расщеплении спектральных линий испускаемого (погло-

щаемого) излучения под действием магнитного поля на излучающее

(поглощающее)вещество. При этом неполяризованное излучение с

частотой направления поля расщепляется на два компанета (ли-

нии) с частотами и , первая из которых поляризована по левому

кругу, а вторая по правому. В направлении же перпендикулярном

поля расщепление имеет такой характер: имеется при линей-

ном-поляризованные компоненты с чатотамти.

Крайние компоненты поляризованны перпендикулярно магнит-

ному полю средние же, с неизхменной частотой поляризованна

вдоль поля и по интенсивности вдвое привосходит соседние. Ве-

личина смещения частоты пропорциональна индукции магнитного

поля. Эффект Зеемана обусловлен расщеплением в магнитном поле

энергетических уровней атомов или молекул на подурони, между

которыми возможны квантовые переходы.

ФРГ патент 1 287 836: Кольцевой лазер для определения ско-

рости вращения имеет трубу и отражательные зеркала, которые

создают замкнутый оптический контур, включающий ось лазера, а

также средства с помощью которых световые лучи обособляются и

накладываются, циркулируя в оптическом контуре в противополож-

ных направлениях. Лазер отличается тем, что предусмотрено уст-

ройство служащее для воздействия на трубу лазера осевого маг-

нитного поля таким образом, что в соответствие с эффектом

Зеемана, создается два луча с противоположной круговой поляри-

зацией. Предусмотрено устройство, которое обеспечивает посту-

пательное движение только одного такого луча в каждом направ-

лении вдоль оптического контура.
США патент 3 796 499: Аппарат предназначен для реализации

способа определения концентрации парамагнитного материала в

газовой смеси. Образец смеси подвергают воздействию магнитного

поля средней напряженности и освещают лазерным излучением пос-

тоянной частоты. Магнитное поле энергетическими уровнями в па-

рамагнитном материале до величины, соответствующей условию ре-

зонансас лазерным излучением. Для количественной корреляции

вариации интенсивности лазерного излучения, проходящего через

смесь, как функция напряженности магнитного поля используют

стандартные процедуры детектирования. В случае окиси азота

способ достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать концентра-

ции, значительно меньше, чем одна часть на миллион.


В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по

сути дела, обусловлен обращенным эффектом Зеемана. Им же обь-

сняется избирательное поглощение радиоволн парамагнитными те-

лами, помещенными в магнитное поле (см. "Электронный парамаг-

нитный резонанс") (1,6,7,9).

16.5.Существует ряд явлений,при которых оптическая ани-

зотропия в среде вызывается воздействием из нее энергии свето-

вого излучения.Кним относится эффект фотодихроизма,а также по-

ляризация люминесценции.

16.5.1. Дихроизм - это зависимость величины поглощения

телами света от его поляризации.Это свойство,в той или иной

мере,присуще всем поглощающим свет веществам,обладающим ани-

зотропной структурой.Классический пример такого вещества -

кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и,

кроме того очень сильно поглощает обыкновенный луч.Поэтому да-

же из тонкой пластины турмалина естественный свет выходит ли-

нейно-поляризованным.Дихроизм обнаруживает не только кристаллы

но и многочисленные некристаллические тела,обладающие естест-

венной или искуственно созданной анизотропией (молекулярные

кристаллы,растянутые полимерные пленки,жидкости,ориентирован-

ные в потоке и т.д.).

Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в

изотропной среде под действием на эту среду поляризованного

света. Свет вызывает фотохимические превращания молекул ве-

щества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляризованный свет

преимущественно взаимодействует с молекулами определе ориента-

ции ,что и приводит к появлению анизотропии поглощения (1)

16.5.2. Естественная оптическая активность.Кроме сред с

линейным дихроизмом (т.е. с различным поглощением света,обла-

дающего различной линейной поляризацией) существуют среды,об-

ладающие циркулярным дихроизмом,по разному пог правоциркуляр-

нои левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным дихроизмом

как правило обладают вещества с естейственной оптической ак-

тивностью

Естественной оптической активностью называют способность

вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через

него света. Величугла поворота зависит от длины волны света т.

е. имеет место вращательная дисперсия. Кроме того, этот угол

пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и кон-

центрации.

Явление естественной оптической активности используется

при определении концентраций различных растворов сахариметрии.

Естественная оптическая активность объясняется явлением

двойного цирулирного лучепреломления,т.е. расщеплением света

на две циркулярно-поляризованные компоненты-левую и правую.

(следует отметить,что эффект Фарадея объясняется возникновени-

ем циркулярного преломления в магнитном поле).Направление вра-

щения плоскости поляризации при естественной оптич. (левосто-

роннее или правостороннее) зависят от пироды вещества. Это

связано с существованием веществ в двух зеркальных формах-ле-

вой и правой (свойство ассиметрии)(1),(2),(5).

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. Эти колебания

согласованы между собой и в кристалле модулируются или регули-

руются по фазе одновременно.

Нелинейный кристалл расположен внутри оптического резона-

тора и подвергается не только электрооптической модуляции, но

и регулировке по температуре с целью подстройки частоты.

17.4. Эффект насыщения.

Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной

линии поглощения (или вынужденного излучения) при увеличении

мощности падающего на вещество внешнего электромагнитного из-

лучения. Причиной эффекта насыщения является выравнивание на-

селенности двух уровней энергии, между которыми под действием

излучения происходят вынужденные квантовые переходы "вверх"

(поглощение) и "вниз" (вынужденное излучение). В случае погло-

щения при этом уменьшается доля мощности излучения, поглощен-

ного веществом. Абсолютная величина поглощаемой мощности при

этом, однако не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому

пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей

эффект эффект насыщения приводит к уменьшению мощности вынуж-

денного излучения, что ставит предел величине усиления в кван-

товых усилителях.

Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной техни-

ке, где он используется для модуляции добротности оптических

резонаторов с помощью просветляющихся под действием мощного

излучения светофильтров. Кроме того, эффект насыщения исполь-

зуется для создания инверсии населенностей в трехуровневых

квантовых системах.

17.5. Многофотонное поглощение.

Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для сла-

бого светового поля, прозрачной для сильного, то для оптически

прозрачных сред может иметь место обратная ситуация. Здесь ин-

тенсивное излучение может поглощаться гораздо сильнее чем сла-

бое. Некая аналогия фотохромному эффекту, однако механизм со-

вершенно иной. Он состоит в том, что при больших плотностях

излучения и элементарном акте взаимодействия света с веществом

могут одновременно поглощаться два или несколько фотонов, сум-

ма энергий которых равна энергии перехода.

Эффект многофотонного поглощения используется, в основ-

ном, в так называемой многофотонной спектроскопии, дающей до-

полнительную информацию о строении вещества, недоступную для

обычной спектроскопии.

17.5.1. Многофотонный фотоэффект.

Эффект состоит в том, что при высокой интенсивности све-

тового поля ионизация атомов может производить под воздействи-

ем излучения, для которого энергия кванта меньше энергии иони-

зации. Это обьясняется тем, что происходит одновременное

поглощение нескольких фотонов, сумма энергий которых больше

энергии ионизации атомов. Здесь просматривается некая анология

с антистоксовской люминесценцией (см."Люминесценция"). Следует

отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта величи-

на тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату мощности ла-

зерного излучения.

17.6. Эффект самофокусировки.

Известно, что первоначально параллельный пучок света по

мере рапространения в среде (включая и вакуум) расплывается за

счет дифракционных явлений. Это справедливо при малых интен-

сивностях света, пока еще среда остается линейной. с увеличе-

нием мощности светового пучка его расходимость начинает умень-

шаться. При некоторой критической мощности пучок может

распространяться, вообще не испытывая расходимости (режим са-

моканализации), а при мощности, превышающей критическую, пучок

скачком сжимается к оси и сходится в точку наа некотором расс-

тоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Про-

исходит пройесс самофокусировки. Это расстояние, называемое

эффективной длиной самофокусировки, обратно пропорционально

квадратному корню из интенсивности пучка. Оно также зависит от

его диаметра и оптических свойств среды. Открытие эффекта са-

мофокусировки пренадлежит Г.А.Аскорьяну (открытие - 67).

Физические причины этого эффекта заключаются в изменении

показателя преломления среды в сильном световом поле. В это

изменение вносит свой вклад также эффекты, как электрострик-

ция, высокочастотный эффект Керра и изменение преломления сре-

ды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствии этих эффек-

тов, среда в зоне пучка становится оптически неоднородной;

показатель преломления среды определяется теперь распределени-

ем интенсивности световой волны. Это приводит к явлению нели-

нейной рефракции, т.е. переферийные лучи пучка отклоняются к

его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом

нелинейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной

расходимостью. При взаимной компенсации этих процессов и нас-

тупает самоканализация, переходящая в самофокусировку при при-

вышении критической мощности пучка. Процесс самофокусировки

выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обла-

дает "лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличе-

ние интенсивности в некотором участке светового пучка приводит

к концентрации лучей в этой области, а следовательно и к до-

полнительному возрастанию интенсивности, что усиливает нели-

нейную рефракцию и т.д.

Отметим, что критические мощности самофокусировки относи-

тельно не велики (для ниробензола - 25 квт, для некоторых сор-

тов оптического стекла - 1 вт), что создает реальные предпо-

сылки использования описанного эффекта для передачи энергии на

значительные расстояния.

Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных

лазеров в органических жидкостях пучок после "охлопывания"

распространяется не ввиде одного пучка, а распадается на мно-

жество короткоживущих (10 в минус 10-ой степени сек.) узких

(мкм) областей очень сильного светового поля (около 10 в 7-ой

степени в/см) - световых нитей. Это явление обьясняют тем, что

при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная среда рабо-

тает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояни-

ями, и быстрое движение фокусов (скорости порядка 10 в 6-ой

степени м/сек.) в сочетании с аберрациями "нелинейной линзы"

может создать длинные и тонкие световые каналы.

В нелинейной оптике уже обнаружено множество интересней-

ших эффектов. Кроме описанных выше, к ним относятся такие эф-

фекты как оптическое детектирование, гетеродинирование света,

пробой газов мощным излучением с образованием т.н. "лазерной

искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и

другие. Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в

научных исследованиях, но и в промышленности. Так например,

светогидравлический удар (см."Гидравлические удары") применя-

ется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки

и т.д., что наиболее себя оправдывает в производстве микроэ-

лектроники, в условиях особо чистых поверхностей.

17.7. Светогидравлический удар (открытие - 65)

Эффект заключается в том, что при пропускании мощного ла-

зерного излучения через жидкость в ней возникают акустические

волны с высоким давлением, достигающим миллиона атмосфер, соп-

ровождающиеся вспышкой белого света и выбросом жмдкости на

значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи уда-

ра, подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной тео-

рии эффекта еще нет, однако уже ясно, что это целый комплекс

явлений. Здесь и самофокусировка, увеличивающая интенсивность

световой волны в малом обьеме, и первоначальное ее поглощение,

связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света обра-

зующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и

затем к авитации в жидкости. Предварительная фокусировка ла-

зерного пучка и введение в жидкость поглощающих добавок значи-

тельно усиливают проявления эффекта.

17.8. Нелинейная оптика.

Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся нау-

ка. Многообразие ее эффектов далеко не исчерпано известными

ныне. Так, совсем недавно были предсказания теоретически гис-

теризисные скачки отражения и преломления на границе нелиней-

ной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики.

(Данных об эксперементальном подтверждении их существования

пока нет.)

Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим

углом скольжения на границу раздела двух сред с близкими зна-

чениями диэлектрической проницаемости, одна из которых нели-

нейна, падает пучок мощного светового излучения, то при изме-

нении интенсивности излучения (угол падения фиксирования),

когда она достигает определенного значения, может произойти

скачок от прохождения к полному внутреннему отражению, при об-

ратном изменении интенсивности скачок от ПВО к прохождению

произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки могут

наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано

значение интенсивности.

Если существование этих эффектов подтвердится, то они мо-

гут быть широко использованы для исследования нелинейных

свойств веществаи в лазерной технике. Так, например, гистери-

зисная оптическая ячейка может служить идеальным затвором в


Каталог: upload -> iblock -> 194
iblock -> Перечень работ и услуг по содержанию и ремонту общего имущества в многоквартирном доме
iblock -> Часы-смартфон
iblock -> Руководство пользователя для телефона Apple iPhone 6
iblock -> Руководство по эксплуатации Методика калибровки Технические характеристики. Минимальный радиус кривизны поверхностей контролируемых изделий, 6мм
iblock -> Технические требования
iblock -> Технологические карты
iblock -> Оптимизация процесса восстановления измененных и уничтоженных маркировочных обозначений на блоках двигателей транспортных средств
iblock -> Инструкция по эксплуатации Температурный gsm извещатель Grinson T7 Благодарим Вас за выбор температурного gsm извещателя Grinson T7
194 -> Гимназия №76 г. Челябинск. «Кока-кола»: новые вопросы старой проблемы


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница