мандельштама - бриллюэна рассеяние

МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ (МБР) - рассеяние света на адиабатич. флуктуациях плотности конденсиров. сред, сопровождающееся изменением частоты. В спектре МБР монохроматич. света наблюдаются дискретные, расположенные симметрично относительно частоты возбуждающего света спектральные компоненты, называемые компонентами Мандельштама - Бриллюэна или компонентами тонкой структуры линии Рэлея. Рассеяние предсказано Л. И. Мандельштамом (1918-26) и Л. H. Бриллюэном (L. N. Bril-louin, 1922); обнаружено при рассеянии в кристалле кварца и в жидкости E. Ф. Гроссом (1930) и впоследствии им же подробно исследовано.

Адиабатич. флуктуации плотности можно представить как результат интерференции распространяющихся в среде по всевозможным направлениям упругих волн разл. частоты со случайными фазами и амплитудами (т. н. дебаевских волн, к-рые рассматриваются в Дебая законе теплоёмкости). Плоская световая волна, распространяющаяся в такой среде, дифрагирует (рассеивается) во всех направлениях на этих упругих волнах, модулирующих диэлектрич. проницаемость среды. Каждая из упругих волн создаёт пери-одич. решётку, на к-рой и происходит дифракция света аналогично дифракции света на ультразвуке. Максимум интенсивности света, рассеянного на упругой волне с длиной волны наблюдается в направлении (рис.), отвечающем Брэгга - Вульфа условию

где n - показатель преломления,- длина волны света в вакууме. Поскольку каждой упругой волне, распространяющейся в нек-ром направлении со скоростью v, соответствует волна той же частоты, бегущая навстречу, можно считать, что в среде имеются стоячие упругие волны, временное изменение плотности в к-рых с частотой вызывает модуляцию рассеянного света.

Следовательно, в рассеянном свете появятся дискретные компоненты с частотой (стоксова

и антистоксова), где Условие (1) приводит к выражению для относит, изменения частоты света, рассеянного в направлении:

где с - скорость света в вакууме. Рассмотрение отражения света от бегущих упругих волн в направлении, соответствующем условию (1), приводит к такому же результату. Изменение частоты в этом случае обусловлено Доплера эффектом .Ширина компонент Мандельштама - Бриллюэнаопределяется коэф. затухания упругих волн

Поскольку обычно смещение частоты при МБР относительно невелико: 10^-6. Такие величины измеряются интерферометрия, методами, напр, интерферометром Фабри - Перо. Существенным и хорошо наблюдаемым оказывается МБР видимого света (Гц) на гиперзвуке (-10¹⁰ Гц). В жидкостях наблюдаются 2 компоненты Мандельштама - Бриллюэна, в твёрдом аморфном теле - 4 компоненты, 2 из к-рых вызваны продольными и 2 - поперечными гиперзвуковыми волнами при отличном от нуля. В кристалле в общем случае вследствие анизотропии скоростей распространения гиперзвука (3 различные скорости для каждого направления) и анизотропии распространения возбуждающего и рассеянного света (4 возможные комбинации для состояний поляризации падающего и рассеянного света) должно наблюдаться 24 компоненты Мандельштама - Бриллюэна. Кроме того, во всех случаях наблюдается также несмещённая по частоте центр, комионен-та тонкой структуры, вызванная рассеянием на изо-барич. флуктуациях энтропии (см. Рассеяние света).

При обычных (нелазерных) источниках света световая волна не влияет на состояние среды и вызывающие рассеяние упругие волны обусловлены только тепловым движением молекул. Такое рассеяние света наз. тепловым. Когда интенсивность световой волны достаточно велика (напряжённость электрич. поля волны ~10⁶ - 10⁸ В/см сравнима с внутриатомным полем), развивается процесс вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна. В этом случае бегущая интерференц. картина электрич. полей возбуждающей и рассеянной световых волн усиливает те упругие волны, к-рые вызвали первоначальное тепловое рассеяние. Механизм усиления обусловлен силами электрострикции, втягивающими вещество в места с большим локальным значением напряжённости электрич. поля и усиливающими таким образом упругие волны. Рост амплитуды упругих волн приводит к соответствующему увеличению эффективности рассеяния, а это в свою очередь усиливает упругие волны. В результате интенсивность рассеянной волны нелинейно возрастает по мере распространения в среде. В процессе вынужденного МБР возникает интенсивный гиперзвук, верх, граница частоты к-рого ~10⁵ МГц для твёрдого тела и ~10³-10⁴ МГц для жидкости.

Исследование МБР позволяет получать ценную информацию о свойствах рассеивающей среды. Практич. ценность явления вынужденного МБР связана с возможностью управлять с его помощью параметрами лазерного излучения и в первую очередь с возможностью осуществлять обращение волнового фронта.

Лит.: Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, M., 1965; Старунов В. С.,Фабелинский И. Л., Вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна, "УФН", 1969, т. 98, с. 441. О. П. Заскалько.

   <<      Предметный указатель      >>