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 такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution