к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Дисперсия света

Дисперсия света - совокупность оптич. явлений, обусловленных зависимостью комплексной диэлектрич. проницаемости1119933-260.jpg(следовательно, и показателя преломления 1119933-261.jpg) от частоты 1119933-262.jpg световой волны и её волнового вектора k. Первоначально термин "Д. с." был введён для описания разложения белого света в спектр при преломлении в призме, ныне употребляется в более широком смысле (см. Дисперсия волн).

Отклик среды на воздействие световой волны является инерционным и нелокальным, т. е. значение эл--статич. индукции D в данный момент времени t и в данной точке r0 зависит от значений электрич. поля E в предыдущие моменты времени (временная, или частотная, Д. с.) и значений Е в окрестности этой точки (пространственная Д. с.). Математически это утверждение записывается в виде интегрального материального ур-ния (см. Максвелла уравнения), связывающего векторы D и E:

1119933-263.jpg

Представив реальный световой пучок в виде разложения по плоским гармонич. волнам с частотой 1119933-264.jpg и волновым вектором k и перейдя к фурье-представлению в уравнении (1), получим простую связь между компонентами D и Е:

1119933-265.jpg

где 1119933-266.jpg - комплексный тензор диэлектрич. проницаемости. Магн. проницаемость прозрачных диэлектриков в оптич. диапазоне частот практически не отличается от единицы. Эффекты пространственной Д. с. в оптич. диапазоне проявляются слабо, т. к. длина световой волны 1119933-267.jpg (характерного линейного размера, напр., постоянной кристаллич. решётки), однако многие оптич. явления объясняются ею (подробнее см. Дисперсия пространственная).

Далее здесь будет рассматриваться частотная Д. с.- более существенная, т. к. частоты оптич. излучения 1119933-268.jpg ~4*1015 Гц и внутриатомных (молекулярных) процессов соизмеримы, и отклик среды часто носит резонансный характер.

1119933-272.jpg

Рис. 1. Разложение в спектр с помощью скрещённых призм.

T. к. фазовая скорость света определяется действит. частью показателя преломления, а п зависит от 1119933-269.jpg, то под частотной Д. с. понимают также зависимость фазовой скорости от 1119933-270.jpg. Простейшее проявление частотной Д. с. - это разложение белого света в спектр с помощью призмы. Эксперим. исследование этого явления проведено И. Ньютоном (I. Newton, 1672) с помощью скрещённых призм (рис. 1). Спектральные составляющие исходного пучка преломляются под разными углами в зависимости от 1119933-271.jpg и образуют цветную полосу. Во второй призме, расположенной перпендикулярно к первой, разл. участки спектра тоже отклоняются не одинаково. На экране наблюдается изогнутая цветная полоса, расположение и форма к-рой дают информацию о зависимости 1119933-273.jpg для обеих призм. Для большинства оптич. материалов в видимом диапазоне п растёт с частотой - нормальная дисперсия показателя преломления. Вблизи полос поглощения вещества наблюдается уменьшение п с частотой - аномальная дисперсия (рис. 2).


1119933-274.jpg

Рис. 2. а - нормальная и б - аномальная (вблизи области поглощения) дисперсия.

Явления Д. с. получили теоретич. объяснение в классич. теории дисперсии X. А. Лоренца (H. A. Lorentz), согласно к-рой под действием электрич. поля световой волны возникает ускоренное движение элементарных электрич. зарядов в веществе. Излучение этих зарядов складывается с полем исходной волны и служит причиной Д. с. В прозрачных диэлектриках оптический (находящийся на внеш. орбите) электрон рассматривается как затухающий гармонич. осциллятор, его дипольный момент удовлетворяет ур-нию

1119933-275.jpg

где е и m - заряд и масса электрона, р - проекция индуциров. дипольного момента на направление вектора 1119933-276.jpg - амплитуда электрич. поля, действующего на электрон, 1119933-277.jpg - собств. частота, 1119933-278.jpg - коэф. затухания этого диполя. Для разреженных газов действующее поле приближённо совпадает со ср. макроскопич. полем, входящим в ур-ния Максвелла: 1119933-279.jpg. Частное решение ур-ния (3), соответствующее установившемуся режиму колебаний, имеет вид

1119933-280.jpg

где 1119933-281.jpg - поляризуемость атома. Между гармонич. изменениями дипольного момента и внеш. поля имеется разность фаз, а по мере приближения частоты воздействия к 1119933-282.jpg амплитуда колебаний быстро увеличивается (резонанс, обусловливающий поглощение света).

1119933-283.jpg

Рис. 3. Зависимость показателя преломления n и коэффициента поглощения 1119933-284.jpg для газа от частоты.

Реальное вещество, напр. газ, моделируется ансамблем осцилляторов, что приводит к появлению специфич. особенностей: столкновения между атомами могут приводить к "сбою" фазы колебания или термализации запасённой энергии; тепловое движение атомов приводит к появлению непрерывного распределения собств. частот с центром в точке 1119933-285.jpg (см. Уширение спектральных линий). В конденсиров. средах аналогичные последствия вызывают наличие дислокаций, примесей, тепловые флуктуации плотности и т. д. Коэф. Г затухания поляризации единицы объёма диэлектрика, содержащей N диполей, определяется, как правило, расфазировкой всех диполей. Поэтому комплексная амплитуда поляризации единицы объёма (при однородном уширении спектральной линии) записывается в виде

1119933-286.jpg

Из соотношения между векторами 1119933-287.jpg следует, что

1119933-288.jpg

Учитывая выражение для комплексного показателя преломления 1119933-289.jpg (где п характеризует преломление, а 1119933-290.jpg - поглощение), получим

1119933-291.jpg

Зависимость n и 1119933-292.jpgот частоты 1119933-293.jpgпредставлена на рис. 3. В конденсиров. средах существенным становится взаимодействие молекул. Если среда статистически изотропна или представляет собой кристалл с кубич. симметрией, то действующее поле связано со ср. макроскопич. полем простым соотношением 1119933-294.jpg1119933-295.jpg . Подстановка этого соотношения в правую часть ур-ния (3) приводит к Лоренц - Лоренца формуле

1119933-296.jpg

Классич. теория позволяет учесть наличие в веществе разл. видов осцилляторов с собств. частотами 1119933-297.jpg и коэф. затухания Гk(k=1, 2, 3...) и обобщить ф-лу (5) след. образом:

1119933-298.jpg

эмпирич. константа1119933-299.jpg наз. силой осциллятора и характеризует относит. вклад определ. типа колебаний в поляризуемость на данной частоте. Собств. частоты электронных колебаний обычно расположены в УФ-области спектра (реже - в видимой), ионных - в ИК-области. С помощью дисперсионной ф-лы (8) по результатам аксперим. измерения поглощения или преломления в пределах спектральных линий (полос) можно определить эмпирич. константы 1119933-300.jpg и построить аппроксимац. ф-лу, пригодную для вычисления зависимости 1119933-301.jpg в широком спектральном диапазоне.

В полуклассич. описании Д. с. атом (молекула) рассматривается как квантовая система, обладающая дискретным набором энергетич. состояний 1119933-302.jpg. Переход с низшего энергетич. состояния 1119933-303.jpg на высшее 1119933-304.jpg сопровождается поглощением кванта энергии 1119933-305.jpg , а при обратном переходе - излучением. Воздействие на атом классич. эл--магн. поля световой волны учитывается с помощью теории возмущений. Зависимость поляризуемости от частоты вне линий поглощения имеет вид

1119933-306.jpg

где 1119933-307.jpg - вероятность нахождения атома в состоянии с энергией 1119933-308.jpg; силы осцилляторов связаны с матричными элементами дипольного перехода след. соотношением

1119933-309.jpg

Осн. значение квантового подхода состоит в том, что он раскрывает смысл эмпирич. констант и позволяет связать дипольные моменты перехода и др. внутриатомные характеристики с экспериментально измеряемыми величинами.

Квантовая теория предсказала принципиально новое явление - отрицательную дисперсию. В среде с инверсией населённости 1119933-310.jpg переходы с верхних уровней на нижние сопровождаются усилением света, что соответствует отрицат. значениям силы осциллятора fnk. (Обычно силы осцилляторов считаются положительными для поглощения и отрицательными для испускания.) Наличие отрицат. слагаемых в дисперсионной ф-ле (10) экспериментально обнаружено P. Ладенбургом (R. Ladenburg) в 1930. Отрицат. Д. с. типична для всех лазерных сред.

Влияние диспергирующей среды на огибающую светового импульса или диаграмму направленности пучка учитывается путём разложения поля падающей волны по плоским гармонич. волнам и наложения соответствующих граничных условий. При распространении в веществе гармонич. волны фаза поля, излучаемого диполями, отличается от фазы действующего поля. Излучение диполей представляется в виде суммы двух членов, один из к-рых гасит падающую волну, распространяющуюся со скоростью с, а другой удовлетворяет волновому ур-нию с фазовой скоростью 1119933-311.jpg. Наличие мнимой части показателя преломления 1119933-312.jpg приводит к уменьшению амплитуды волны с расстоянием (см. Поглощение света).

Для анализа процесса распространения в диспергирующей среде светового импульса с шириной спектра 1119933-313.jpg (1119933-314.jpg - центральная частота) используется разложение 1119933-315.jpg в ряд по степеням1119933-316.jpg. В первом приближении импульс распространяется без изменения формы огибающей с групповой скоростью1119933-317.jpg. Учёт квадратичных членов разложения 1119933-318.jpg объясняет дисперсионное расплывание волнового пакета. Совместное проявление Д. с. и нелинейности показателя преломления может привести к компенсации дисперсионного расплывания и формированию стационарных световых импульсов - солитонов, наблюдаемых в оптич. волокнах.

Среди эксперим. методов исследования Д. с. широко распространён интерференц. метод крюков Рождественского, в к-ром используются "скрещенные" спектральные аппараты - интерферометр Жамена и спектрограф. Возможность исследования тонкой структуры зависимости 1119933-319.jpg ограничивается разрешающей способностью спектрографа.

Для измерения зависимости коэф. поглощения 1119933-320.jpg от частоты в пределах узких спектральных линий используются перестраиваемые по частоте лазеры. В этом случае возможности исследования тонкой структуры линии поглощения ограничиваются только шириной линии излучения лазера, что позволяет достичь высокой разрешающей способности ~108. Измерив зависимость 1119933-321.jpg и воспользовавшись Крамерса - Кронига соотношениями ,можно найти 1119933-322.jpg. Для уверенной регистрации малых поглощений исследуемое вещество помещают в резонатор лазера (см. Спектроскопия).

В мощных лазерных пучках напряжённость электрич. поля сравнима с внутриатомным полем 1119933-323.jpg~109 В/см. При взаимодействии мощного излучения с веществом нарушается осн. допущение теории дисперсии о пропорциональности поляризации действующему полю. В частности, возникает добавка к показателю преломления, пропорциональная интенсивности света, приводящая к самовоздействию световых импульсов и пучков, наблюдается насыщение поглощения и др. явления, составляющие предмет нелинейной оптики.

Литература по дисперсии света

  1. Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., M., 1976;
  2. Борн M., Вольф 9., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., M., 1973;
  3. Аллен Л., Эберли Д., Оптический резонанс и двухуровневые атомы, пер. с англ., M., 1978;
  4. Виноградова M. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П., Теория волн, M., 1979.

В. А. Выслаух

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution