представляет собой обратную величину по отношению к биф-
рингенции.
Для большинства веществ соотношение между частотой и ■преломляющей способностью выражается непрерывной функ цией. Однако у веществ с аномальной дисперсией эта функция имеет разрыв.
Как показано на рис. 17.4, значения объемной плотности кристалла вдоль разных его осей могут, значительно различаться. В случае такого различия электромагнитное излучение рас пространяется с разными скоростями в разных направлениях, так как скорость его распространения обычно пропорциональна плотности.
Эффект Бартолинуса заключается в том, что одиночный луч расщепляется на два луча, если его пропускают через среду, имеющую разные плотности по разным направлениям. Луч, который в наименьшей степени подвержен расщеплению, называется обыкновенным лучом, а луч, подверженный расщеп лению в наибольшей степени,— необыкновенным. Процесс та кого расщепления лучей называют двойным лучепреломлением (поскольку значения плотности могут различаться в трех на правлениях, как показано на рис. 17.4, встречается также трой ное лучепреломление).
Если луч испытывает двойное лучепреломление, то два ре зультирующих луча оказываются поляризованными под прямым углом относительно друг друга. Такую поляризацию будем назы вать эффектом Гюйгенса.
Дихроическим поглощением называется поглощение при та ких условиях, когда его интенсивность зависит от направления распространения излучения в среде. Дихроическое поглощение обычно связано с двойным лучепреломлением, если один пре ломленный луч поглощается в большей степени, чем другой. В этом случае по различиям интенсивностей поглощения можно оценить различия объемных плотностей между различными кри сталлографическими направлениями.
Эффект Глэдстоуна — Дейла состоит в том, что показатель преломления вещества изменяется при изменении его плотности. Если вещество расширяется, то его показатель преломления уменьшается, и наоборот. Поскольку на плотность могут повлиять механическое напряжение, температура, различные химические процессы (от этих факторов зависят объемные плотности кри сталлов), электрические поля и магнитные поля, прямым след ствием этого эффекта являются некоторые эффекты, зависящие от конкретных причин изменения плотности. К ним относятся эффект
Керра и эффект миража. |
^ |
|
В эффекте Керра под влиянием электрического поля про |
||
исходит механическая |
деформация аналогично тому, как маг |
|
нитное поле вызывает |
сжатие материала |
в эффекте Коттона — |
136
Мутона. Эффект миража приводит к искажению изображений в результате атмосферного преломления, обусловленного изме нением плотности воздуха над горячими поверхностями.
Оси молекул жидкости под действием тепловых сил приоб ретают случайное распределение ориентаций в пространстве. •Если эти молекулы анизотропны, то приложенные к ним сдви гающие силы могут изменить направления их осей, придав рас пределению ориентаций некоторую регулярность. Свет, проходя щий через такую регулярную структуру, испытывает двойное лучепреломление, степень которого зависит от сдвигающих сил. Поскольку эти силы, в свою очередь, зависят от скорости дви жения жидкости, степень двойного лучепреломления можно •использовать в качестве показателя скорости жидкости. Тече ние жидкости, при котором возникает это явление, называют
двоякопреломляющим потоком.
Построение шлирен-проекции основано на применении лин зы для проектирования на экран коллимированного светового пучка. Все коллимированные лучи сводятся в одну фокальную точку, расположенную между проекционной линзой и экраном. Если среда, через которую проходят коллимированные лучи, подвержена каким-либо воздействиям, вызывающим нарушение характеристик преломления, то преломленные лучи уже не бу дут коллимированными и не пройдут через общую фокальную точку. Предположим, что острая кромка помещена вблизи фо кальной точки таким образом, что она прерывает преломленные лучи, но не влияет на коллимированные лучи; тогда преломлен ные лучи будут исключены из изображения, спроектированного на экран. В результате этого нарушение характеристик прелом ления проявляется в виде теней на экране.
9.11. МАГНИТОРЕФРАКЦИЯ
Магниторефракция обусловлена изменением показателя пре ломления вещества при воздействии на вещество внешним маг нитным полем.
Эффект Коттона — Мутона заключается в том, что некото рые диэлектрические вещества при помещении их в магнитное поле приобретают свойство двойного лучепреломления, вследст ви е чего обыкновенный луч задерживается по отношению к не обыкновенному. Причина этого явления — сжатие диэлектриче ского вещества под влиянием магнитного поля (см. рис. 6.1).
Фактически двойное лучепреломление может быть обуслов л ен о любой регулярной структурой, имеющей различные плотно сти вдоль разных направлений. Эффект Фойгта заключается в том, что под влиянием сильного магнитного поля пары не которых веществ приобретают свойство двойного лучепреломле ния по отношению к лучам света, направленным перпендикуляр
но направлению магнитного поля.
Часть энергии излучения, падающего на гладкую поверхность, отражается от этой поверхности, причем возможны два механиз ма отражения. В первом случае излучение, приходящее от вещества с большим показателем преломления к веществу с меньшим показателем преломления, полностью отражается, когда угол падения превышает предельное значение. Во втором случае энергия поглощается поверхностными молекулами и электронами проводимости, которые оказались вблизи от по верхности, и повторно испускается в количестве, близком к ко личеству поглощенной энергии. Хотя в результате поглощения энергии поверхностные частицы приходят в возбужденное состо яние, обычно повышение энергетического уровня не имеет су щественных последствий, поскольку происходит рассеяние этой энергии в форме вторичного излучения на той же самой частоте. Если же на электроны проводимости у поверхности вещества оказать определенное воздействие (например, как показано на рис. 9.10—9.12 и 20.1), то это может привести к изменению как интенсивности, так и направления электромагнитного излу чения.
В описанном процессе участвуют только частицы, располо женные в поверхностном слое вещества с толщиной не больше нескольких межатомных расстояний. Эти частицы находятся под влиянием внешних условий двух совершенно разных типов. Изнутри массы вещества к ним примыкает множество анало гичных частиц, активно излучающих энергию к соседним части цам. и поглощающих энергию от соседних частиц. Любая до полнительная энергия, сообщаемая этой структуре, сразу же возвращается от нее в аналогичной форме. Снаружи от массы вещества к поверхностным частицам примыкает среда, в которую они могут «сбрасывать» свои избыточные фотоны, не получая их обратно.
Если вещество, находящееся под рассматриваемой поверх ностью, является металлом, то вся падающая энергия погло щается поверхностными частицами. Вследствие того что среди этих частиц очень много электронов проводимости, которые легко возбуждаются почти до любой частоты, большая часть энергии испускается вторично и лишь относительно небольшое количество ее передается внутренним частицам в виде тепла. Если же под рассматриваемой поверхностью находится неме таллическое вещество, то часть падающей энергии отражается, а остальная часть преломляется.
Поверхностные молекулы вещества (металлического или не
металлического), вовлеченные в процесс |
поглощения — вторич |
|
ного излучения энергии, могут оказать |
определенное |
влияние |
на характер отраженных лучей. В тех |
случаях, когда |
поверх- |
ностные молекулы образуют некоторую упорядоченную структу ру, причем парамет-ры регулярности структуры различаются в разных направлениях, характеристики отражения могут зави сеть от направления падающего луча. Кроме того, отраженный луч нередко оказывается поляризованным в результате взаимо действия с упорядоченной молекулярной структурой.
Согласно закону Брюстера в случае неметаллических веществ отраженный и преломленный лучи приобретают максимальную степень поляризации, когда тангенс угла падения равняется по казателю преломления.
Взаимодействие излучения с поверхностными частицами зависит от энергии, падающей на поверхность, а также от не которых других факторов. Как утверждает закон косинуса Лам берта, освещенность поверхности на единицу площади при воз действии падающих лучей пропорциональна косинусу угла па дения.
Относительное движение падающего луча и отражающей поверхности также может оказать влияние на характер отра жения энергии. Эффект Эсклангона состоит в том, что наклон ное движение отражающей поверхности по отношению к направ лению падающего луча вызывает изменение угла отражения.
9.13.МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КЕРРА
Вмагнитооптическом эффекте Керра, иллюстрируемом на
рис. 9.3, луч света, отраженный от поверхности намагниченного
Рис. 9.3. Магнитооптический эф фект Керра. Угол поляризации электромагнитного излучения, отраженного от поверхности на магниченного вещества, зависит от его намагниченности:
} — магнетон
вещества, приобретает эллиптическую поляризацию. Эта поля ризация является результатом взаимодействия между фотонами и молекулами, упорядоченными по направлениям под влиянием внешнего магнитного поля. Форма и ориентация эллипса поля ризации зависят от плотности магнитного потока, порождаемого отражающей поверхностью; иными словами, чем интенсивнее магнитное поле, тем выше степень упорядоченности молекул и тем сильнее эта упорядоченность влияет на фотоны.
В случае, когда падающий луч уже является поляризован ным, причем вектор намагничивания лежит в плоскости поля ризации, отраженный луч также будет поляризованным, но его плоскость поляризации повернется на некоторый угол. Если отражающая поверхность покрыта пленкой, толщина которой равна четверти длины волны падающего излучения, то в резуль тате многократных отражений угол поворота увеличивается. При любых условиях поворот определяется как частотой, так и углом падения излучения.
9.14. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Электромагнитное излучение распространяется в пространст ве в форме волн, имеющих колебательный характер. Взаимодей ствие двух или нескольких таких волн в любой точке простран ства можно представить как векторное суммирование, результат которого зависит от таких характеристик волны, как частота, фаза, направление колебаний и расположение плоскости поля ризации.
Согласно закону Френеля — Араго два пучка не могут ин терферировать, если их плоскости поляризации взаимно перпен дикулярны. В то же время возможно взаимодействие двух волн, имеющих приблизительно одинаковые частоты и совпадающие плоскости поляризации. Если такие колебания имеют одну и ту же фазу, то их векторная сумма отражает возрастание энергии, если же они сдвинуты по фазе, то векторная сумма отражает убывание энергии.
Интерференция — это взаимодействие двух волн, резуль тат которого представляется в виде векторной суммы. Простран ственные изменения этой суммы описываются интерференцион ными полосами, а временные изменения — биениями. Например, кольца Ньютона представляют собой интерференционные поло сы, наблюдаемые при проецировании монохроматического излу чения на полупрозрачную тонкую пленку. Волна, отраженная от задней поверхности такой пленки, взаимодействует с волной, отраженной от передней поверхности. В зависимости от толщи ны пленки результирующая отраженная волна может быть либо усилена, либо ослаблена по сравнению с падающей волной. Если толщина пленки равна четверти длины волны падающего излу