Вынужденное рассеяние в жидкостях

Рассеянный свет может наблюдаться в направлениях вперед и назад (рис. Ю1). Свет, рассеянный назад, проходил через возбужденный рубин, усиливался в нем и часть рассеянного света отражалась от 8р1 а другая —большая часть — снова фокусировалась внутрь рассеивающего вещества. Усиленная стоксова компонента была настолько интенсивна, что сама могла вызвать вынужденное рассеяние в жидкости. Возникала новая стоксова компонента, отстоящая от несмещенной линии на расстояние, равное удвоенному расстоянию до первой стоксовой компоненты. Эта новая стоксова линия, пройдя через рубин, снова усиливалась и, будучи направленной в жидкость, могла возбудить свою стоксову линию и т. д. Такой механизм последовательного рассеяния приводит к тому, что на интерферограмме наблюдается несколько эквидистантных линий (рис. XI), которые однако не являются гармониками нелинейного процесса в обычном смысле. [c.414]

Обсуждались также концентрационные механизмы вынужденного рассеяния в химических растворах и в жидкостях со взвешенными частицами. В последнем случае порог генерации составляет всего 1 Вт/см при 1%-ной концентрации частиц. Отмечается, что такой эффект уже наблюдался зкспериментально. Концентрационные неустойчивости возможны и для жидкости с пузырьками (см. ниже). [c.198]

Наиболее проста по схеме (но не по принципу работы) компенсация искажений, в которой используется эффект обращения волнового фронта (ОВФ) при вынужденном рассеянии (рис. 3.13). Излучение пропускается через усилительный лазерный элемент, термооптические искажения в котором необходимо скомпенсировать, и затем оно направляется в объем, заполненный прозрачной средой, обладающей большой оптической нелинейностью (стекла, жидкости, газы при высоком давле-Рис. 3.13. Компенсация искажений волново- НИи). [c.140]

Вынужденное рассеяние звука (ВРЗ) в жидкости с газовыми пузырь ками [Заболотская, 1977, 1984]. В процессе рассеяния звука на пузырьках происходит раскачка их пульсаций и интенсивность рассеяния растет. Пусть все пузырьки имеют одинаковые радиус Ro и добротность Q вблизи резонансной частоты uiq. Этот случай аналогичен вынужденному комбинационному рассеянию света при взаимодействии с внутримолекулярными колебаниями, имеющими заданную резонансную частоту. Такая задача (в одномерной постановке) сводится к решению волнового уравнения [c.196]

Вынужденное рассеяние света однородной средой. В соответствии с данными, приведенными выше о спонтанном рассеянии света однородной средой, и исходя из основных положений о спонтанных и вынужденных процессах следует предполагать, что в однородной среде должно возникать вынужденное рассеяние света, обусловленное флуктуациями плотности (давления) и те.мпературы (энтропии) среды и анизотропии молекул, составляющих сроду. Действительно, при взаимодействии мощного лазерного излучения с сжатыми газами, жидкостями, стеклами И кристаллами наблюдаются вынужденные аналоги соответствующих спонтанных процессов рассеяния. [c.131]

Заметим, что спонтанное рассеяние звука происходит иа заранее созданных в среде турбулентных потоках и, следовательно, может быть учтено в линейном приближении. Принципиально рассеяние на вихревых волнах возможно и в покоящихся газах и жидкостях. Если в качестве возбуждающего звука взять очень мощную волну, то при рассеянии иа флуктуационных вихрях покоящейся среды рассеянная волна может достичь заметной величины. Если при этом ее интенсивность окажется достаточной для того, чтобы совместно с падающей волной оказать заметное обратное воздействие на ту вихревую волну, на которой она рассеялась, то это приведет к усилению данной вихревой волны, что в свою очередь повлечет за собой дальнейшее усиление рассеяния и т. д. Мы приходим, таким образом, к вынужденному рассеянию звука на вихревых волнах [85]. [c.139]

Теория этого эффекта обсуждалась многими авторами [14—24]. При классической трактовке вынужденного комбинационного рассеяния как параметрического процесса [25] его можно рассматривать как явление, в значительной мере аналогичное вынужденному рассеянию Мандельштама — Бриллюэна связь между световой волной стоксовой частоты со и оптическими фононами с частотой (Ог1 возникает в поле волны накачки частоты юх, = (0 + и- Основное различие этих явлений состоит в том, что дисперсионные характеристики среды для оптических фононов существенно отличаются от таковых для акустических фононов. Для колебаний типичной молекулярной группы, например СО3 в кальците или С — Н в молекулярных органических жидкостях, ширина соответствующей фононной ветви весьма мала. Поскольку интерес представляют лишь длинноволновые фононы с длиной волны, соответствующей длине волны света, ка < 10 (здесь а — характерный внутриатомный размер), частота сои постоянна при изменении волнового числа в довольно широких пределах. Поэтому закон сохранения импульса при рассеянии на таких оптических фононах выполняется для произвольного направления распространения электромагнитной волны с частотой соз. Дисперсионные характеристики для электромагнитных волн и оптических фононов представлены на фиг, 16. Из-за колебательно-электронного взаимодействия дис- [c.164]

Спектры вынужденного комбинационного рассеяния для некоторых жидкостей [39] и твердых тел [40] приведены в табл. 2. В спектре вынужденного комбинационного рассеяния появляются только те частоты, которые соответствуют наиболее узкой и наиболее интенсивной линии спонтанного комбинационного рассеяния. Иногда появляются две линии. Обычно они принадлежат к полносимметричным колебаниям. Указанные выше особенности вынужденного рассеяния не являются неожиданными, поскольку процесс с самым низким порогом будет стремиться ограничить мощность излучения лазера на уровне, меньшем более высоких пороговых значений. Дальнейшее возрастание мощности накачки увеличит интенсивность этой стоксовой линии, но не приведет к появлению других линий спектра комбинационного рассеяния. Однако когда стоксова линия достигнет достаточной интенсивности, она сама создаст новую стоксову линию с частотой юь — 2юг, и т. д. Эти линии более высокого порядка, о существовании которых также говори- [c.232]

Специфическое действие звукового поля при дегазации жидкостей обусловлено колебанием газовых пузырьков. Анализ взаимодействия звукового поля и пузырька значительно упрощается, если предположить, что радиус пузырька мал по сравнению с длиной волны звука в жидкости. Давление в падающей волне, периодически меняясь во времени, возбуждает вынужденные колебания пузырька, которые излучаются в окружающую жидкость и приводят к образованию вторичных звуковых волн (эффект рассеяния звука). При этом часть энергии падающей волны расходуется на преодоление внутренних потерь в системе пузырек—жидкость и выделяется в форме тепла. [c.256]

В экспериментах, описанных в [599, 609], наблюдалось, что в последовательном рассеянии возникало до девяти эквидистантных линий, а в работе [630] при рассеянии в сероуглероде наблюдалось семнадцать компонент, Измерение скорости гиперзвука дано в табл. 16. Поскольку ширина полосы флуоресценции рубина составляет а смещение компоненты Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях имеет 0,2 то в принципе можно было бы наблюдать до пятидесяти линий последовательного вынужденного рассеяния. До сих пор наблюдалось лишь меньшее число компонент. Возможно, что это объясняется недостаточной интенсивностью возбуждающего света, а возможно, что причина в другом. Этот вопрос еще должен быть подвергнут анализу. На рис. 102 приведена фотография спектра вынужденного рассеяния Мандельштама— Бриллюэна в нитробензоле при различных температурах. Полученные результаты опытов с последовательным рассеянием позволяли надеяться, что по большому числу узких эквидистантных линий можно будет определить скорость гиперзвука с большой точностью Оптимистические оценки [599] предполагают повышение современной точности измерения скорости гиперзвука на два порядка. Однако столь высокая точность определения скорости вряд ли реальна из-за неконтролируемого нагревания, возникающего в области фокуса луча лазера [630]. [c.414]

В таких жидкостях, как сероуглерод, нитробензол, толуол, бензол и ацетон, вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна наблюдалось вместе с вынужденным комбинационным рас сеянием света, которое имеет в этих жидкостях более низкий порог. Напротив, для воды, четыреххлористого углерода и метанола при используемой интенсивности вынужденного комбинационного рассеяния света не наблюдалось. При указанных выше уровнях мощности прочные стеклянные сосуды Q жидкостями оставались [c.415]

Бриллюэновский спектр света, рассеянного па поверхности раздела жидкость — газ, исследован теоретически и экспериментально [99]. Оказывается возможным определять константы вязкости и упругости и исследовать ряд поверхностных явлений, важных для отражения. Вынужденное рассеяние отводит значительную мощность (см. обзор [100] и работы [101, 102]). Некоторые расчеты, показывающие возможность значительных отступлений от формул Френеля, даны в работе [103] отметим, что рассеянное излучение направлено в основном вдоль отраженного пучка (ср. гл. 3, ссылки [47, 48]). [c.175]

Взаимодействие звука с незвуковыми возмущениями среды с температурными волнами, а в жидкости с капиллярными волнами и пузырьками газа — мошет приводить к явлению вынужденного рассеяния звука, подобного вынужденному Мандельштама — Бриллюэ-на рассеянию в оптике. Звук, рассеиваясь на возмущении среды и взаимодействуя с ним, увеличивает амплитуду возмущения, что в свою очередь приводит к ещё более сильному рассеянию звука. [c.290]

Методы нелинейной оптики и динамической голографии позволяют реализовать зеркало , автоматически подстраивающееся под форму любой падающей волны так, чтобы отразить сигнал в форме обращённой волны. Существует ряд методов О. в. ф. с использованием не-лиыеинооптич. сред. Один из двух наиб, распространённых методов — О. в. ф. при вынужденном рассеянии (ВР) света назад [1] (чаще всего — Мандельштама — Бриллюэна, ВРМБ). В этом случае в нелинейную среду (жидкость, сжатый газ, кристалл, волоконный световод ИТ. п.) вводится квазимонохроматич. волна от лазера Е1 (х, у, к-рую предварительно про- [c.390]

Особенно быстрые релаксационные процессы наблюдаются также при колебательных переходах в конденсированной фазе. Методы измерения времен продольной и поперечной релаксации Тит колебательных переходов в жидкостях и твердых телах были впервые разработаны Кайзером, Лоберо и сотр. [9.32, 9.45, 9.46], а также Альфано и Шапиро [9.47]. Подходящими для этого оказались различные процессы комбинационного рассеяния. Так, для измерения времени релаксации энергии Т образец возбуждался коротким одиночным импульсом с частотой вынужденного комбинационного рассеяния формировался стоксов импульс с частотой (os=(Ol—ojm и молекулы из основного колебательного состояния переводились в первое возбужденное колебательное состояние с энергией Й(Ом- Для регистрации наличия возбужденных молекул использовался слабый световой импульс с частотой 2 ыь- Наряду с другими процессами этот импульс вызывал в образце спонтанное некогерентное комбинационное рассеяние. Регистрируется вызванное возбужденными молекулами антистоксово рассеяние на частоте 0а = 2 , + (омИнтенсивность этого излучения пропорциональна населенности возбужденного колебательного уровня. Время Т может быть определено по зависимости спада интенсивности антистоксова сигнала от времени задержки между обоими импульсами (рис. 9.17). Аналогичным образом может быть измерено и время т. При этом используется то, что процесс вынужденного комбинационного рассеяния сопровождается не только изменением населенностей, но одновременно образованием интенсивной волны поляризуемости с частотой (Ом и волновым вектором —kg. Формирование этой когерентной волны протекает аналогично тому, как это имеет место при однофотонных явлениях, описанных в п. 9.1.2. После прохода световых импульсов волна поляризуемости распадается с временем релаксации фазы т. Эта релаксация может быть зарегистрирована при помощи когерентного антистоксова [c.347]

Усиление рассеяния при резонансе объясняется тем, что, как уже говорилось, рассеянное поле образуется излучением ультразвука частицами, совершающими вынужденные колебания в поле первичной волны амплитуда же вынужденных колебаний в резонансе резко возрастает в число раз, равное величине добротности колебательной системы (см. гл. УП1), соответственно возрастает и интенсивность рассеяния. Для пульсационных колебаний воздушного пузырька в воде, например, это приводит к увеличению эффективного сечения рассеяния примерно на 12 порядков. Отсюда и сильное рассеяние ультразвука при возникновении в жидкости кавитации, когда, как мы видели, всегда находятся или образуются пузырьки резонансных размеров. Резонансное рассеяние успешно используется в гидроакустической эхо-локации рыбных косяков роль резонансных пузырьков в этом случае играют плавательные пузыри рыб. Резкое увеличение рассеяния при резонансе (в том числе и обрат1юе рассеяние, которое регистирируется эхо-локатором) позволяет уверенно определять и размеры рыб, и мощность косяка. [c.169]

Вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна может возникать в любых средах, где может возникать электрострикция,— в сжатых газах, жидкостях и прозрачных твердых телах. Это явление играет разнообразную роль в различных процессах взаимодействия лазерного излучения с веществом. В некоторых случаях эта роль положительна, например при лазерном возбуждении звука в жидкостях (лекция 17) в других случаях эта роль отрицательна, например ВРМБ может вызывать деструкцию твсрды.х прозрачных диэлектриков при распространении через них мощного лазерного излучения (лекция 18). [c.159]

Тепловой механизм возбуждения звука в жидкости. Возбуждение звука при испарении жидкости. Оптический пробой в жидкости. Вынужденное рассеяние Мандельштама—Лриллюзна [c.205]

Вудбери и Нг [6] проводили эксперименты на лазерах с модулированной добротностью. В 1962 г. они открыли, что наряду с лазерным излучением, обладающим обычным спектральным распределением, может появляться излучение на смещенных частотах, если внутри лазера поместить определенные вещества. Смещение частоты оказалось равным частоте молекулярного колебания вещества (или целому кратному от этой частоты). Это свойство указывает на связь обнаруженного явления с неупругим рассеянием света на молекулах, существование которого было экспериментально доказано Раманом при исследовании рассеяния света в жидкостях (открытое Раманом в 1928 г. явление принято называть эффектом спонтанного комбинационного, или рамановского, рассеяния). Вслед за опытами Вудбери и Нг были предприняты многочисленные систематические исследования, при которых вещества различных типов —как упорядоченные, так и неупорядоченные системы — подвергались воздействию интенсивного лазерного излучения при этом рассеянное излучение обнаружило свойства, существенно отличающие его от излучения при спонтанном комбинационном рассеянии. Так, например, совершенно иной оказалась зависимость от интенсивности возбуждающего излучения, а также способность к интерференции (более детально см. в гл. 4). Открытое Вудбери и Нг явление называют вынужденным, или индуцированным, комбинационным рассеянием. [c.130]

Описание вынужденного рассеяния Бриллюэна основано на дифференциальных уравнениях (2.51-16) и (2.52-1) для давления и электрического поля. Решение этой системы дифференциальных уравнений в частных производных в общем случае очень затруднено. Поэтому мы рассмотрим решения при некоторых упрощающих предположениях. Прежде всего мы ограничимся стационарными решениями. Они позволяют получить приближенное описание реальных фактов, если длительность световых импульсов очень велика по сравнению с временем установления колебаний в среде. Это время задается обратны. значением константы затухания Г, которая равна удвоенному ароизведению скорости звука V и коэффициента поглощения звуковой мощности и для жидкостей п,ри комнатной температуре и%1еет порядок величины 10" с. При рассмотрении стационарных процессов можно исходить из обыкновенных дифференциальных уравнений (2.52-3), (2.52-5) и из соответствующего уравнению (2.52-5) уравнения для амплитуды лазерной волны. Будем снова а,реиебрегать вторыми производными от амплитуды, а в правой части уравнения (2.52-3) также и первой производной. Условия применимости такого приближения обсуждались в разд. 1.322. Тогда мы получим систему [c.217]

Более детальный анализ показывает, что это предположение обосновано для анизотропной среды ( ор(Маль-пые волны которой имеют -определенные направления поляризаций), но для изотропной среды выполняется лишь в частных случаях, поскольку здесь поляризации нормальных волн произвольны, В общем же случае нелинейного взаимодействия в оптически изотропной среде (например, генер-ации второй гармоники в кристалле типа ОаАз, вынужденном -комбинацианно-м рассея-нии или вынужденном рассеянии Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях) уравнения первого порядка являются векторными и описывают одновременно изменение амплитуд и поляризаций -взаимодействующих волн. Более детально этот вопрос рассмотрен в работе [41]. Заметим, кстати, что в теории нелинейных -волновых явлений в диспергирующих средах плодотворным оказывается использование идей, а в ряде случаев и конкретных методов нелинейной теории колебаний (например,. при анализе системы уравнений для связанных волн полезным оказывается метод фазовой плоскости и т. п.). Эта сторона нелинейной оптики подробно обсуждается в работе [41] там же можно найти и -соответствующую библиографию. [c.20]

Мы видели, что при падении звуковой волны на одиночный пузырек последний, совершая вынужденные колебания, частично поглощает звуковую энергию за счет потерь на вязкость и теплопроводность, а частично переизлучает (рассеивает) падающую на него волну. Если же в жидкости имеется много пузырьков, то каждый из них находится в поле как падающей, так и рассеянных волн от соседних пузырьков, которые создают поле многократного рассеяния. [c.160]

Монография подводит итог современным теоретическим и эк пepимeнtaльным исследованиям молекулярного рассеяния света в газах, жидкости и твердых телах. В ней описаны методы экспериментального изучения рассеянного света и, в особенности, его спектрального состава с применением разных источников света, включая лазер. В книгу включены и последние новые результаты экспериментального и теоретического исследования вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна. [c.2]

Как и при кипении жидкости в большом объеме [20], здесь имеется возможность проводить исследование возмущений термического слоя с помощью шлирен-метода. В условиях недогрева пузыри быстро конденсируются. В ходе процесса конденсации и после его завершения горячая вода вытесняется от стенки. Это происходит вследствие разрушения пузырей, находящихся вблизи стенки, при большом недогреве жидкости до температуры насыщения или в результате ускорения конденсирующегося нузыря после отрыва его от стенки при малом недогреве жидкости [21]. Эти инерционные эффекты, обусловленные виртуальной массой пузыря, сообщают пузырям и окружающей их жидкости большие ускорения [22]. В условиях вынужденной конвекции инерционные эффекты отклоняют пузыри от их прямого движения вдоль стенки в наиравлении, перпендикулярном к ней, и увеличивают рассеяние тепла в поперечном направлении. [c.126]

Первые эксперименты по получению вынужденного комбинационного рассеяния при возбуждении пикосекундными импульсами были выполнены Шапиро и сотр. [8.9], а также Бретом и Вебером [8.10]. Они использовали вторую гармонику излучения лазера на стекле с неодимом в режиме синхронизации мод. Излучение направлялось и фокусировалось в различных жидкостях, таких, как бензол, толуол, сероуглерод и нитробензол, а также жидких смесях. При этом в [8.10] было установлено, что коэффициент преобразования сильно уменьшается в том случае, когда ширина спектра лазерного импульса превышает ширину линии колебательного перехода вынужденного комбинационного рассеяния, что соответствует выполнению условий нестационарного режима. Укорочение стоксова импульса по сравнению с лазерным наблюдалось в более поздних работах несколькими авторами [8.32—8.36]. Вблизи порога на- [c.298]

Рассмотрим кратко рассеяние ультразвуковых волн вследствие ди( х )узного отражения их от частиц, имеющих другие физические свойства (по сравнению с окружающей их средой) и четкие границы. Среды, содержащие такие частицы, называются гетерогенными. Примерами гетерогенных сред могут служить суспензии (жидкости со взвешенными в них твердыми частицами), аэрозоли (газы со взвешенными твердыми частицами), эмульсии (жидкие капли в нерастворяющей жидкости), жидкости, содержащие газовые пузырьки, в частности кавитационного происхождения, а также такие среды, как стекла, ситаллы, шнepaлы, некристаллические металлы и т. д. При распространении в такой среде первичной ультразвуковой волны она будет отражаться от содержащихся в ней частиц, возбуждая их вынужденные колебания, что и приведет к излучению частицами вторичных, т. е. рассеянных волн. Эти однократно рассеянные волны, вообще говоря, в свою очередь будут многократно отражаться другими частицами. Однако коль скоро однократно рассеянное поле невелико по сравнению с первичным, то повторно рассеянными волнами можно пренебречь, если число рессеиваю-щих центров ие слишком велико. Пренебрежение повторным рассеянием эквивалентно предположению об отсутствии акустического взаимодействия частиц, т. е. предположению, что колебания одной частицы не влияют на колебания другой. Тогда суммарное поле, рассеянное па совокупности частиц, можно найтн как суперпозицию полей, однократно рассеянных каждой частицей, и задача о рассеянии ультразвука в гетерогенной среде сводится к задаче о рассеянии иа одной частице с последующим суммированием результата по всем частицам, расположенным в рассеивающем объеме. При этом форму частицы в достаточном приближении можно принять сферической, тем более, что при малых размерах частиц по сравнению с длиной волны и на достаточно больших расстояниях от них отклонение формы реальных частиц от сферической не играет существенной роли. [c.161]

Рассеяние воз буждается вынужденным излучением Ые-Не лазера Я6328 А. Л1-сферические зеркала из диэлектрических слоев, -Ые-Не лазер, Л/ г—атмосфера азота для предохранения от пыли зеркал и окон сосуда 8С и лазера L, РМ-фо-тоумножитель, У — —преобразователь амплитуды сигнала в импульсы, С-элекг ройный счетчик, Л-усилитель с синхронным детектором, 5С-сосуд с рассеивающей жидкостью, Г-фотоэлемент, О-дьюар, 5-источник света, 8-диафрагмы, Лп-анали атор, / -светофильтр, С — прерыватель. [c.155]

Лазерный свет, как и обычный свет, можно рассеивать на некоторых веществах, включая жидкости. Рассеяние света на жидкостях, в результате которого изменяется частота рассеянного света, было экспериментально установлено индийским ученым Ч. Раманом и получило название Раман-эффекта . Суть этого эффекта состоит в том, что падающий на вещество свет взаимодействует с колебаниями молекул вещества и в итоге частота рассеянного света либо увеличивается, либо уменьшается на величину частоты молекулярных колебаний. В некоторых приспособлениях резонатор изготавливается из материала, который может давать комбинационное рассеяние света (например, из куска кварца с параллельными торцовыми гранями), а для возбуждения колебаний решетки кристалла применяется мощный пучок света от рубинового лазера. В рассмотренном приспособлении лазерный пучок действует как насос , то есть служит своего рода источником энергии. Напомним, что роль такого насоса в рубиновом лазере играет разрядная трубка. Возбужденные в кварце интенсивные колебания решетки модулируют световой пучок рубинового лазера, в результате чего рассеянный лазерный свет содержит как частоту, равную сумме частот падающего света и молекулярных колебаний, так и частоту, равную их разности. Наряду с термином вынужденное излучение иногда в этом случае пользуются и термином вынужденное рамановское рассеяние (SRS — stimulated Raman s attering). [c.58]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...