когерентное рассеяние света

КОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА - изменение частоты и (или) направления монохроматической пространственно когерентной световой волны (обычно излучения лазера) в оптич. среде, в к-рой исследуемые оп-тич. моды предварительно селективно возбуждены и сфазированы с помощью дополнительно вводимых в среду когерентных световых пучков со специально подобранными частотами и направлениями распространения. В отличие от спонтанного рассеяния света (см. Рассеяние света)элементарные акты К. р. с. протекают согласованно, т. е. когерентно. Такой коллективный характер отклика среды на зондирующее излучение достигается предварительным воздействием на неё дополнит. лазерных источников. В результате радикально изменяется взаимодействие зондирующего излучения с рассеивающей средой - оно приобретает характер дифракции на когерентных возбуждениях среды. Изменяются и характеристики рассеянного света: он становится когерентным, а диаграмма направленности резко анизотропной, интенсивность оказывается пропорциональной квадрату числа рассеивающих частиц, изменяются поляризац. свойства и др.

Оптич. характеристики среды могут изменяться под действием распространяющихся в ней световых воли достаточно большой интенсивности. В частности, возникает нелинейная добавка, ,к оптич. диэлектрич. проницаемости: . В центросимметрич-ной среде

где - тензор нелинейной восприимчивости 3-го порядка, E_k , E_l - компоненты электрич. вектора световой волны в среде.

В К. р. с. в качестве возбуждающего излучения (накачки), "приготавливающего" когерентно рассеивающую среду, используется суперпозиция пары плоских монохроматич. волн с частотами и волновыми векторами k₁, k₂ :

Биения монохроматич. составляющих поля накачки наводят в среде в соответствии с (1) бегущую (при ) либо стоячую (при ) плоскую волну изменений диэлектрич. проницаемости с разностной частотой и волновым вектором k₁-k₂

(для простоты у и опущены тензорные индексы). Вводимая в возбуждённую среду пробная световая волна с частотой и волновым вектором It испытывает дифракцию на бегущей (стоячей) волне . Из-за Доплера эффекта частота дифрагировавшей волны отличается от частоты падающей: она либо меньше

, либо больше частоты падающей (соответственно стоксово и антисток-сово рассеяние), а направление волнового вектора k_с,k_ас и, следовательно, диаграмма направленности когерентно рассеянного света определяются Брэгга - Вулъфа условиями:

где n_с,ac - "невозмущённое" значение показателя преломления на соответствующей частоте.

Глубина модуляции волны изменений диэлектрпч. проницаемости (3), а следовательно, и эффективность дифракции пробной волны испытывают резонансное возрастание, если разность частот волн накачки совпадает с частотой одного из собственных резонан-сов среды: внутримолекулярного колебания, электронного перехода в атоме или кристалле и т. п. В феноменологич. нелинейной оптике это оказывается следствием наличия резонанса у восприимчивости , испытывающей частотную дисперсию вблизи . Микроскопич. теория объясняет это возрастание модуляции наведением оптич. полями накачки корреляций в квантовых переходах, совершаемых под действием света в разл. атомах (молекулах, элементарных кри-сталлич. ячейках и т. п.) среды или, на классич. языке, фазированном соответствующих атомных (молекулярных и т. п.) осцилляторов, суммарный отклик к-рых определяет макроскопич. поляризацию исследуемой среды под действием света.

Таким образом, в условиях частотного резонанса распространение волны есть распространение оптически наведённой волны соответствующих элементарных возбуждений среды. Дифракция пробного пучка на этой волне и представляет собой К. р. с.

В тех случаях, когда исследуемая с помощью К. р. с. собственная оптич. мода среды обладает дисперсией, т. е. когда , где q - волновой вектор, то помимо выполнения условий частотного резонанса необходимо выполнение и условия фазового синхронизма: k₁-k₂=q. К. р. с. наблюдается на оптически возбуждаемых акустич. фононах, ионных или экситонных поляритонах в кристаллах, на акустич. волнах в газах, жидкостях и плазме.

Исследование эффективности К. р. с. как ф-ции разности частот волн накачки вблизи резонансов среды лежит в основе когерентной спектроскопии комбинационного рассеяния.

Лит.,- Ахманов С. А., Коротеев Н. И., Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света, М., 1981. См. также лит. при ст. Когерентная спектроскопия комбинационного рассеяния. Н. И. Коротеев.

   <<      Предметный указатель      >>