4.2.3 Розсіювання світла. Види розсіяння світла: закономірності і елементи теорії.

З класичної точки зору процес розсіювання світла полягає в тому, що світло, яке проходить ч/з речовину зумовлює коливання елктронів в атомах. Коливаючи електрони збуджують вторинні хвилі, які поширюються по всіх напрямках. Це явище нібито повинно при всіх умовах приводити до розсіювання світла. Проте вторинні хвилі е когерентними, тому потрібно врахувати їх взаємну інтерференцію. Відповідний розрахунок дає, що у випадку однорідного середовища, вторинні хв повністю гасять одна одну по всіх напрямках, крім напрямку поширення первинної хвилі, тому розсіювання світла не спостерігається. Вторинні хв не гасять одна одну в голов напрямках тільки при поширенні світла в неоднорідному середовищі св хв, дифрагуючи на неоднорідностях середовища, дають дифракційну картину, яка характ рівномір розподілом інтенс по всіх напрямках. Таку дифракцію на малих неоднорідностях наз розсіювання світла. Середовища з явно вираженою оптичною неоднорідністю назв мутними середовищами ( дими , тумани, емульсії). Світло розсіяне на частинках, розміри яких значно менші довж св хв є частинно поляризованими.Це пояснюється тим, що коливання електр зумовлені розсіяним пучком, проходять в площині перпендикуляр. до пучка. Коливання Е в вторинній хв проходять у площині, яка проходить ч/з напрямок коливаннь зарядів. Тому св розсіяне ел частково в напрямках перпен до пучка, буде повністю поляризованим. В напрямках, які утворюють кут з пучком променів не рівне 90º, розсіяне св поляризоване тільки частково Якщо розміри неоднорідностей малі порів з довжиною св хвилі, інтенсивність розсіян св I~ω⁴~1/λ⁴ - закон Релея. Молекулярним розсіюванням пояснюється голубий колір неба. Неперервно виникають в атмосфері внаслідок хаотичного руху (молекулярного), місце згущення і розрідження повітря , які розсіюють сонячне світло. При цьому згідно з-ну Релея голубі і сині промені розс сильніше, чим інші, зумовлюючи голубий колір неба. Мол розс св – це розсіюв св оптично однорідним сердовищем. Комбінаційне розсію св назив тому, що в спектрі крім крім частоти падаючого світла ω₀, появляються додаткові частоти і добавки, які є лінійною комбінацією від падаючої частоти і добавки Δi, тобто Δω₁=ω₀±ω₁, Δω₂=ω₀±ω_2……., Δω_i=ω₀±ω_i

Ефект Вавілова -Черенкова. У 1934р. Черенков який працював під керевництвом Вавілова побачив особливий вид свічення речовин під дією випромін –γ радію. Вавілов висловив првильна припущення, що джерелом випромін були швидкі електрони, що створюється γ- випромін. Це явище отримало назву ефекту Вавілова – Черенкова. Це явище спостерігається для електронів, протонів, і мезонів при русі їх в рідинах і твердих тілах.

4.2.4. Основи нелінійної оптики. Основні нелінійні явища – генерування нових частот, параметричне підсилення світла, самофокусування і самодифракція.

Явища, які виникають під впливом електричного поля потужного випромінювання, називають нелінійними оптичними явищами. При нелінійній поляризації принцип суперпозиції не виконується, бо електричні поля впливають одне на одного і взаємодіють з нелінійним середовищем. На відміну від лінійної оптики в нелінійній оптиці показник заломлення середовища є функцією електричного поля світла: ,де n₀ – показник заломлення лінійного середовища, n₂ – параметр, який визначає нелінійні властивості речовини. Нелінійну оптику визначають як:

1. оптику достатньо інтенсивних світлових хвиль,

2. оптику багато квантових процесів, де число квантів більше двох.

Генерація другої гармоніки. Якщо світлова хвиля поширюється вздовж осі Z. Внаслідок поляризації другого порядку виникає стала в часі поляризація . Отже, завдяки квадратичній поляризації в нелінійному середовищі поряд із світловою хвилею з частотою ω з’являється також нова хвиля з подвоєною частотою 2ω.

Генерацію другої гармоніки можна розглядати як процес злиття двох фронтів зовнішнього випромінювання в один з подвоєною енергією.

Поширення в нелінійному середовищі трьох хвиль із зв’язаними частотами супроводжується обміном енергії між ними. Максимальний обмін спостерігається тільки тоді коли задовільняється умова синхронізму :

Тоді енергія від хвилі накачування буде в нелінійному середовищі передаватися з частотами ω₁ і ω₂. це явище називається параметричним підсиленням.

В неоднорідному середовищі світлові промені не зберігають напрям прямолінійного поширення, а відхиляються в бік зростання показника заломлення. Якщо інтенсивність випромінювання зменшується з віддаленням від осі пучка, то в центрі світлового каналу приріст показника заломлення максимальний, а це означає, що світлові бічні промені будуть нахилятися до центрального променя світлового пучка. Описане явище називається самофокусуванням. За умови, що n₂<0 і все було б навпаки, то мало б місце явище розфокусування.

Інтерферуючі пучки в нелінійному середовищі самі створюють дифракційну решітку, це явище називається самодифракції.Її можна спостерігати коли два світлові пучки поширюються назустріч один одному, коли перетинаються два когерентні світлові пучки.