Для количественной корреляции
вариации интенсивности лазерного излучения, проходящего через
смесь, как функция напряженности магнитного поля используют
стандартные процедуры детектирования. В случае окиси азота
способ достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать концентра-
ции, значительно меньше, чем одна часть на миллион.
В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по
сути дела, обусловлен обращенным эффектом Зеемана. Им же обь-
сняется избирательное поглощение радиоволн парамагнитными те-
лами, помещенными в магнитное поле (см. "Электронный парамаг-
нитный резонанс") (1,6,7,9).



16.5.Существует ряд явлений,при которых оптическая ани-
зотропия в среде вызывается воздействием из нее энергии свето-
вого излучения.Кним относится эффект фотодихроизма,а также по-
ляризация люминесценции.


16.5.1. Дихроизм - это зависимость величины поглощения
телами света от его поляризации.Это свойство,в той или иной
мере,присуще всем поглощающим свет веществам,обладающим ани-
зотропной структурой.Классический пример такого вещества -
кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и,
кроме того очень сильно поглощает обыкновенный луч.Поэтому да-
же из тонкой пластины турмалина естественный свет выходит ли-
нейно-поляризованным.Дихроизм обнаруживает не только кристаллы
но и многочисленные некристаллические тела,обладающие естест-
венной или искуственно созданной анизотропией (молекулярные
кристаллы,растянутые полимерные пленки,жидкости,ориентирован-
ные в потоке и т.д.).

Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в
изотропной среде под действием на эту среду поляризованного
света. Свет вызывает фотохимические превращания молекул ве-
щества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляризованный свет
преимущественно взаимодействует с молекулами определе ориента-
ции ,что и приводит к появлению анизотропии поглощения (1)


16.5.2. Естественная оптическая активность.Кроме сред с
линейным дихроизмом (т.е. с различным поглощением света,обла-
дающего различной линейной поляризацией) существуют среды,об-
ладающие циркулярным дихроизмом,по разному пог правоциркуляр-
нои левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным дихроизмом
как правило обладают вещества с естейственной оптической ак-
тивностью

Естественной оптической активностью называют способность
вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через
него света. Величугла поворота зависит от длины волны света т.
е. имеет место вращательная дисперсия. Кроме того, этот угол
пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и кон-
центрации.

Явление естественной оптической активности используется
при определении концентраций различных растворов сахариметрии.

Естественная оптическая активность объясняется явлением
двойного цирулирного лучепреломления,т.е. расщеплением света
на две циркулярно-поляризованные компоненты-левую и правую.
(следует отметить,что эффект Фарадея объясняется возникновени-
ем циркулярного преломления в магнитном поле).Направление вра-
щения плоскости поляризации при естественной оптич. (левосто-
роннее или правостороннее) зависят от пироды вещества. Это
связано с существованием веществ в двух зеркальных формах-ле-
вой и правой (свойство ассиметрии)(1),(2),(5).


16.6. Поляризация при рассеивании света.
Рассеяный на неоднородных средах естественный свет в не-
которых направлениях является линейно-поляризованным и, наобо-
рот, линейно-поляризованный свет в некоторых направлениях не
рассеивается). В основе этого явления (как и при поляризации
света, отраженного под углом Брюстера) лежит природа самой
электромагнитной поперечной световой волны (см."Поляризация"),
а вовсе не анизотропия и ориентация молекул, что лишь препятс-
твует полной поляризации рассеивания света.

Поляризация при рассеивании - единственный метод поляриза-
ции рентгеновского излучения (1).

Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Н.Д.Жевандров. Анизотропия и оптика. М., "Наука",1974
2. Г.С.Ландсберг, Оптика. М., "Наука", 1976
3. У.Шерклиф, Поляризованный свет. М., "Мир",1965
4. М.Фрахт, Фотоупругость,т.1-2. М.,1950
5. А.Вайсбергер, Физические методы в органической химии, пер.
с англ. т.5, М., 1957
6. Квантовая электроника, изд. "Советская энциклопедия",
М.,1969
7. Р.Дитчберн,Физическая оптика, пер. с англ.,М.,1965
8. Г.Иос,Курс теоретической физики, "Учпедгиз", М.,1963
9. М.Борн, Атомная физика, пер. с англ., М.,1965
10. А.с. 154680, 178905, 243872, 268819, 391672, 416595,
474724

США патенты 3588214, 3558215, 3558415, 3588223, 3811778

Великобритания, заявка 1354509

ФРГ заявка 2333242

Франция, заявка 22099357
17. ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ.

До сих пор мы рассматривали оптические явления в предпо-
ложении, что интенсивность (вт. см2) световой волны никак не
влияет на физику явления. Так оно и было до тех пор, пока в
оптике оперировали со световыми волнами, напряженность элект-
рического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению
с внутренним электрическим полем (10 в девятой степени в/см),
определяющим силы связи оптического электрона с ядром атома.
Однако, с появлением лазеров, опыта со световыми пучками, ин-
тенсивность которых достигает NNNNN вт.см2,(электрическое поле
световой волны соизмерно с внутриатомным, показали, что су-
ществует сильная зависимость характера оптических эффектов при
достижении некоторых пороговых знаний интенсивности.

Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсив-
ности излучения называют нелинейными. Далее мы приведем неко-
торые из них.


17.1. Вынужденное рассеяние света.

Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепло-
выми движениями молекул (тепловые акустичекие волны), рассеи-
вают световую волну и модулируют ее по частоте, при этом
возникают сателлиты с частотами, равными сумме и разности час-
тот световой волны и тепловых акустичеких колебаний (спонтан-
ное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интен-
сивности сателлитов интенсивности падающего излучения
составляет лишь 10 в минус шестой степени.

При увеличении интенсивности падающего излучения выше по-
рогового значения происходит следующее. Под действием электри-
ческого тока из-за явления электрострикации возникают импульсы
избыточного давления, достигающие в поле лазерного луча дес.
тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (гипарз-
вук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления
по закону бегущей волны. Эти изменения показателя преломления
образуют в среде как бы дифракционную решетку, на которой и
происходит рассеяние световой волны. При этом интенсивность
сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей вол-
ны, а количество их возрастает. Описанный эффект называется
вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

При достаточно больших интенсивностях падающего излучения
нелинейная среда стать может генератором звука со световой на-
качкой. С помощью лазеров удается возбуждать мощные (до 10
квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых те-
лах.

Свой нелинейный аналог и комбинационное рассеяние
(см."Поглощение и рассеяние"). При вынужденном комбинационном
рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде коге-
рентные колебания молекул, на которых и происходит его рассея-
ние с образованием суммарных и разностных сателлитов. Частота
наиболее мощного из них меньше частотоы падающего света на
частоту молекулярных колебаний.

Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со
сжатым водородом, когда интенсивность достигает пороговой ве-
личины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассе-
янном излучении настолько возрастает и их интенсивность нас-
только высока, что, луч, выходящий из газа, из красного
становится белым. Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях, напри-
мер, в нитробензоле. Особенность здесь в том, что рассеянные
компоненты с различной длиной волны пространственно разделены
и образуют на экране цветные кольца.

Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основ-
ном, для последования структуры и свойств вещества, для изуче-
ния нелинейных процессов в средах. Используется также для на-
качки полупроводниковых ОКР, для управления параметрами
твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобра-
зователей частоты мощного когерентного света в ультрафиолето-
вой, видимой и особено инфракрасной областях спектра


17.2. Генерация оптических гармоник.

При рассеянии интенсивного лазерного излучения в жидкос-
тях и кристаллах, помимо описанных выше боковых спектральных
компонент, обнаруживаются компоненты с частотами, в точности
кратными частоте падающего излучения (двухкратными, трехкрат-
ными и т.д.), называемые оптическими гармониками. В некоторых
кристаллах эти гармоники могут составлять до 50% рассеянного
излучения. Таким образом, если направить красное излучение ру-
бинового лазера (0,69 мкм) на кристалл дигидросфата калия, то
на выходе можно получить невидимое ультрафиолетовое излучение
(0,345 мкм).


17.3. Параметрическая генерация света.

Поместим нелинейный кристалл в оптический резонатор и
направим на него мощное световое излучение накачки. Одновре-
менно подадим на кристалл два слабых излучения с чатотами,
сумма которых равна частоте излучения накачки. При этом в
кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых
волн, частота которых равна частотам этих двух слабых излуче-
ний. В действительности же, кроме волны накачки, нет необходи-
мости ни в каких дополнительных излучениях, т.к. в кристалле
всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с соответству-
ющими частотами. Существенным является то, что при повороте
кристалла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно
перестраиваться, в сумме оставаясь равными частоте волны на-
качки. Это позволяет создавать оптические преобразователи,
квантовые усилители и генераторы, плавно перекрывающие широкий
диапазон излучений от видимого до далекого инфракрасного при
фиксированной частоте накачки.

ФРГ патент 1 287 229: Преобразователь частоты содержит
неинейный электрооптический двоякопреломляющий кристалл, через
который когерентный входной световой сигнал пропускается под
таким углом к оптичекой оси кристалла, что внутри кристалла
возникают два колебания с другими частотами. Эти колебания
согласованы между собой и в кристалле модулируются или регули-
руются по фазе одновременно.

Нелинейный кристалл расположен внутри оптического резона-
тора и подвергается не только электрооптической модуляции, но
и регулировке по температуре с целью подстройки частоты.

17.4. Эффект насыщения.

Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной
линии поглощения (или вынужденного излучения) при увеличении
мощности падающего на вещество внешнего электромагнитного из-
лучения. Причиной эффекта насыщения является выравнивание на-
селенности двух уровней энергии, между которыми под действием
излучения происходят вынужденные квантовые переходы "вверх"
(поглощение) и "вниз" (вынужденное излучение). В случае погло-
щения при этом уменьшается доля мощности излучения, поглощен-
ного веществом. Абсолютная величина поглощаемой мощности при
этом, однако не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому
пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей
эффект эффект насыщения приводит к уменьшению мощности вынуж-
денного излучения, что ставит предел величине усиления в кван-
товых усилителях.

Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной техни-
ке, где он используется для модуляции добротности оптических
резонаторов с помощью просветляющихся под действием мощного
излучения светофильтров. Кроме того, эффект насыщения исполь-
зуется для создания инверсии населенностей в трехуровневых
квантовых системах.


17.5. Многофотонное поглощение.

Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для сла-
бого светового поля, прозрачной для сильного, то для оптически
прозрачных сред может иметь место обратная ситуация. Здесь ин-
тенсивное излучение может поглощаться гораздо сильнее чем сла-
бое. Некая аналогия фотохромному эффекту, однако механизм со-
вершенно иной. Он состоит в том, что при больших плотностях
излучения и элементарном акте взаимодействия света с веществом
могут одновременно поглощаться два или несколько фотонов, сум-
ма энергий которых равна энергии перехода.

Эффект многофотонного поглощения используется, в основ-
ном, в так называемой многофотонной спектроскопии, дающей до-
полнительную информацию о строении вещества, недоступную для
обычной спектроскопии.


17.5.1. Многофотонный фотоэффект.

Эффект состоит в том, что при высокой интенсивности све-
тового поля ионизация атомов может производить под воздействи-
ем излучения, для которого энергия кванта меньше энергии иони-
зации. Это обьясняется тем, что происходит одновременное
поглощение нескольких фотонов, сумма энергий которых больше
энергии ионизации атомов. Здесь просматривается некая анология
с антистоксовской люминесценцией (см."Люминесценция"). Следует
отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта величи-
на тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату мощности ла-
зерного излучения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35