13. Релєївське, комптонівське та комбінаційне розсіювання світла.

Розрізняють пружне та непружне розсіювання. При пружному розсіюванні світла зберігаються фазові співвідношення між хвилею що падає та хвилею що розсіюється, при непружкому - ні.

Розсіювання, при якому змінюються тільки поляризація та напрям поширення хвилі, а енергія фотона (довжина хвилі) залишається незмінною, називається релєївським розсіюванням. У рентгенівський області спектра i в області гамма-випромінювання імпульсом фотона знехтувати не можна i зміна енергії фотона буде визначатися ефектом "віддачі". В цьому разі для процесу (рис. 2.13) hω ~hω', а величина ∆hω = hω' − hω мала i залежить від кута розсіювання, тобто від кута між ₁ i ₂. Це можна пояснити тим, що в оптичному діапазоні імпульс фотона набагато менший за імпульс електрона та атома. Розсіювання, при якому спостерігається мала зміна енергії фотона (довжини хвилі), залежна від кута розсіювання, називається комптонiвським розсіюванням, або ефектом Компотна. За деяких умов атом може перейти із віртуального стану до кінцевого, який відрізняється від початкового стану. Такому процесу відповідає діаграма взаємодії (рис. 2.14).

У цьому випадку випущений фотон буде відмітним не лише за поляризацією та напрямом поширення, але i за частотою. При цьому із закону збереження енергії маємо

hω' = hω − (E₁ − E₀).

Розсіювання світла із досить великою зміною енергії фотона (довжини хвилі), що не залежить для ізотропних середовищ від кута розсіювання, називається комбінаційним розсіюванням. При комбінаційному розсіюванні частоти розсіяного світла є комбінаціями (суми та різниці) частот коливань падаючої хвилі із частотами власних коливань розсіювальної системи. При комбінаційному розсіюванні можуть існувати два випадки:

• енергія початкового стану (зазвичай основного стану E₀) менша за енергію кінцевого (збудженого) стану. При цьому частота розсіяного фотона змащена в область менших частот на величину ∆ω = (E₁ − E₀)/h від частоти падаючого фотона. Такий зсув у бік менших частот називається стоковим зсувом;

• енергія початкового стану більша за енергію кінцевого стану. При цьому зсув частоти відбуватиметься в область великих частот на ту саму величину ∆ω = (E₁ − E₀)/h. Такий зсув називається антистоксовим зсувом. Інтенсивність антистоксових компонент розсiювання значною мірою визначатиметься заселеністю збудженого стану, тобто залежатиме від температури.

Оскільки в термодинамiчно-рiвноважних умовах заселеність збудженого стану менша від заселеності основного стану, то інтенсивність антистоксового розсіювання завжди менша від інтенсивності стоксового розсіювання

14. Двохфотонне поглинання, діаграма взаємодії.

Поглинаючи фотон hω₁, атом переходить у віртуальний стан E₁, у якому він може встигнути поглинути другий фотон hω₂. Якщо для суми енергій цих двох фотонів виконується правило частот Бора (hω₁ + hω₂) = E_m - E_n , то атом перейде із одного стаціонарного стану E_n до іншого E_m (рис. 2.17).

Iмовiрнiсть двофотонних процесів пропорційна квадрату інтенсивності світла i зазвичай дуже мала. Розглянутi процеси розсіювання i двофотонного поглинання необхідно відрізняти від двоступеневих процесів, коли атом, поглинаючи фотон, спочатку переходить до дозволеного (реального, а не віртуального) стану, а потім, випускаючи або знову поглинаючи фотон, до іншого дозволеного стану. Ці процеси відповідають за люмінесценцію та двоступеневе поглинання відповідно.