Распространение световых волн. Фотоны

Распространение световых волн. Фотоны [c.283]

Выведенные выше формулы для амплитуды сигнала фотонного эха описывают амплитуду свечения образца, проинтегрированную по всем направлениям распространения света. Пока мы не затрагивали вопрос об анизотропии свечения эхо-сигнала. Воспользуемся формулой (15.97), которая описывает поляризацию, наведенную в образце светом трех лазерных импульсов. При ее выводе мы использовали оптические уравнения Блоха, электрическое поле в которых бралось в точке г = 0. Поле стоячей волны описывается формулами (1.33) 1.35) причем при выводе сначала уравнений для амплитуд вероятности, а потом и уравнений Блоха мы полагали, что рассматриваемая молекула находится в пучности электрического поля, т. е. os фк = os кг = 1. Поскольку размер образца обычно заметно превышает длину световой волны, очевидно, что будет существовать огромное число примесных молекул, не попавших в пучность стоячего электрического поля. Их взаимодействие с электрическим полем будет слабее. Чтобы учесть это обстоятельство, мы должны принять во внимание косинусоидальный характер распределения электрического поля по образцу. Это легко сделать во всех выведенных ранее формулах с помощью замен [c.223]

В гл. 4 были определены резонансные условия взаимодействия света со звуком (4.1) или взаимодействия фотона с фононом. Эти условия по существу определяли условия дифракции световой волны на звуковой волне. В результате такого взаимодействия частота дифрагировавшего света отличается от частоты падающего света на частоту звука. Если теперь посчитать резонансные условия для взаимодействия двух фотонов с энергиями кьз и h (i> — Q), в результате которого появляется фонон с энергией IiQ, то эти условия не отличаются от (4.1). Таким образом, при дифракции на звуке когерентного света дифрагировавшая волна может взаимодействовать с падающей световой волной так, что в результате этого взаимодействия возникает звуковая волна, частота и направление распространения которой совпадают с частотой и направлением звуковой волны, вызвавшей дифракцию, т. е. звуковая волна может усиливаться. [c.371]

Эйнштейн развил эту теорию, предположив, что если лучистая энергия испускается и поглощается квантами, то и сам процесс излучения носит квантовый характер, т. е. распространение световой энергии представляет собой не распространение волн, а распространение своеобразных частиц, называемых квантами света или фотонами. [c.192]

Чтобы убедиться в этом, обратимся, например, к задаче о распространении интенсивной гармонической световой волны в жидкости. Помимо нелинейных эффектов, связанных с поведением оптических электронов отдельных молекул в сильном световом поле (назовем их, для краткости, фотон-фотонными взаимодействиями), могут возникать также нелинейные эффекты, связанные с механическим воздействием поля на среду. Хорошо известно, в частности, что в электромагнитной волне возникают электрострикционные эффекты соот-ветствуюш,ее давление равно [c.7]

V все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу, 3°. В любом веществе с абсолютным показателем преломления п (V,l,2,l°) фотоны всегда движутся со скоростью света в вакууме, хотя скорость v световой волны в веществе в п раз меньше v= n. Нельзя смешивать скорость v распространения фронта электромагнитной волны в веществе (IV.3.3. Г) со скоростью фотонов в веществе. Фотоны в веществе движутся от одной частицы вещества (ато.ма, молекулы) до другой как бы в вакууме, а попадая в частицу, поглощаются в ней и вновь возникают ). [c.408]

ФОТОН — квант поля электромагнитного излучения. Ф. обладает энергией г = Ну, где V — частота эквивалентной Ф. электромагнитной волны, распространяющейся со скоростью с = 299,79 10 м/с, к — Планка постоянная. При частотах, соответствующих оптич. диапазону, Ф. наз. также световыми квантами, а при частотах, превышающих — 10 Гц,— гамма-квантами. Ф. не имеет ни электрич. заряда, ни магнитного момент 1. Спин Ф. равен 1 (в единицах Ь, где К = /г/2я), а его импульс р = е1 с и направлен в сторону распространения волны. Ф. подчиняется статистике Бозе — Эйнштейна. [c.372]

Рис. 5. Направление распространения фотонного эха отлично от направлений обоих импульсов возбуждения, когда они не параллельны. Первый световой импульс, поверхности постоянной фазы которого — параллельные плоскости, вызывает в кристалле рубина макроскопическое возбуждение типа плоских волн Ц). Второй импульс падает ва кристалл под небольшим углом к первому, и его поверхности постоянной фазы налагаются на поверхности первого импульса (г). Тогда эхо распространяется в направлении, перпендикулярном плоскостям, в которых поменявшие фазу дипольные моменты все находятся в фазе 3). Эти плоскости находятся из требования, чтобы на них изменение фазового угла первого импульса возбуждения всегда вдвое превосходило изменение фазового угла второго. Черными кружками на схемах 2 и З изображено семейство точек, в которых поменявшие фазу дипольные моменты макроскопического возбуждения находятся в фазе.

Хорошо описывая распространение света в матер, средах, волн. О. не смогла удовлетворительно объяснить процессы его испускания и поглощения. Исследование этих процессов фотоэффекта, фотохим. превращений молекул, спектров оптических и пр.) и общие термодинамич. соображения о вз-ствии эл.-магн. поля с в-вом привели к выводу, что элем, система атом, молекула) может испускать или поглощать энергию лишь дискр. порциями (квантами), пропорциональными частоте излучения V. Поэтому световому эл.-магн. полю необходимо сопоставить поток квантов света — фотонов. В простейшем случае энергия, теряемая или приобретаемая изолированной квант, системой в элем, акте вз-ствия с оптич. излучением, равна энергии фотона, а в более сложном — сумме или разности энергий неск. фотонов (см. Многофотонные процессы). Явления, в к-рых при вз-ствии света и в-ва проявляются квант, св-ва элем, систем, изучаются в квантовой оптике методами, развитыми в квантовой механике и квантовой электродинамике. [c.490]

ПОГЛОЩЕНИЕ [резонансное гамма-излучения — поглощение гамма-квантов (фотонов) атомными ядрами, обусловленное переходами ядер в возбужденное состояние света < — явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию вещества или энергию вторичного излучения резонансное — поглощение света с частицами, соответствующими переходу атомов поглощающей среды из основного состояния в возбужденное) ] ПОЛЗУЧЕСТЬ - медленная непрерывная пластическая деформация материала под действием небольших напряжений (и особенно при высоких температурах) ПОЛИМОРФИЗМ — способность некоторых веществ существовать в нескольких состояниях с различной атомной кристаллической структурой ПОЛУПРОВОДНИК (есть вещество, обладающее электронной проводимостью, промежуточной между металлами и диэлектриками и возрастающей при увеличении температуры вырожденный имеет большую концентрацию носителей тока компенсированнын содержит одновременно лонор ,1 и ак- [c.260]

Молекулярная О, а. обнаруживается во всех агрегатных состояниях и растворах. У оптически активных молекул отсутствуют центр и плоскости симметрии (хиральные молекулы). Такая молекула может быть смоделирована двумя взаимодействующими осцилляторами, расположенными взаимно перпендикулярно, расстояние между к-рыми а сравнимо с Я (т. е. фазы поля в местах осцилляторов различны), а скорость передачи взаимодействия сравнима со скоростью распространения света в среде. Такая система, очевидно, будет по-разному реагировать на правую и левую круговую поляризацию волн, вследствие чего их скорости станут различными. В квантовой электродинамике оптич. вращение рассматривается как двухфотонный процесс рассеяния света на молекуле с роглощением одного фотона и испусканием другого, причём возникает интерференция двух участвующих в процессе фотонных мод. При этом должны учитываться все возможные в молекуле виды взаимодействия электрич. и магн. дипольных и квадру-польных моментов, наведённых проходящей световой волной. [c.426]

В соответствии с макроскопической природой рассматриваемых прозрачных сред они будут в основном описываться с использованием усредненных оптических характеристик (нелинейных воснриимчипостей х )- Лазерное излучение будет таютс описываться в основном на макроскопическом языке. Типичной рассматриваемой задачей будет распространение в макроскопической прозрачной среде световой волны, характеризуемой усредненными характеристиками — энергией волны, напряженностью поля волны и т. д. Поэтому основным методом описания взаимодействия будет уже не квантовая механика, а электродинамика, и ответы будут искаться из решений уравнений Максвелла. Однако язык фотонов, квантовых состояний, переходов также сохранится, в первую очередь — ввиду необходимости учета резкой зависимости нелинейной поляризуемости от частоты излучения. [c.16]

Усиление света в активной среде обычно сравнивают сиара-станием лавины, изображая фотоны в виде шариков. Летящий фотон-шарик порождает второй фотон-шарик с переходом атома с верхнего уровня на нижний. Получаются два одинаковых шарика, летящих в прежнем направлении, затем четыре шарика и т. д. Но эта грубая иллюстрация не объясняет, как в результате наложения фотонов формируется монохроматическая волна строго определенного направления. Эта сторона дела становится понятной, если сравнить изучаемое нами явление с классической картиной распространения плоской монохроматической волны в однородной среде. Волна вызывает колебания в атомах и молекулах среды. Последние переизлучают шаровые волны, когерентные друг с другом и с падающей волной. Эти шаровые волны, интерферируя между собой, создают снова плоский волновой фронт, распространяющийся в среде. Они влияют только на фазовую скорость волны. Если среда абсолютно прозрачна, то амплитуда волны должна оставаться постоянной, как того требует закон сохранения энергии. В поглощающих средах энергия волны частично переходит в тепло — амплитуда волны убывает. Но в активной среде молекулы и атомы находятся в возбужденных состояниях. За счет энергии возбуждения вторичные световые волны, излучаемые молекулами и атомами, усиливаются. Однако их фазы и поляризация [c.711]

Между корпускулярными и волновыми свойствами света существует взаимосвязь, которая обнаруживается при распространении света в неодьюродпой среде. Когда, например, свет проходит через щель и на экране наблюдаются дифракционные максимумы и минимумы ( . 2,4.3"), происходит взаимодействие фотонов с веществом (щелью), результатом которого является перераспределение фотонов в пространстве. В тех местах экрана, где наблюдается большая освещенность, должна быть больше суммарная энергия фотонов, попадающих в эти точки. Но освещентюсть в данной точке экрана пропорциональна интенсивности J света в этой точке E J ) (У.1.б.5"). В свою очередь интенсивность электромагнитной световой волны пропорциональна квадрату ее амплитуды J A (IV.4.3.2 ). Таким образом, квадрат амплитуды световой волны в какой-либо точке пространства является мерой числа фотонов, попадающих в эту точку. [c.409]

Комптоном и независимо от него голл. физиком П. Дебаем. По квант, теории, световая волна представляет собой поток световых квантов — фотонов. Каждый фотон имеет определённую энергию ёу = кх= кс/Х и импульс Ру = (к/к)п, где Л и V — длина волны и частота падающего света, п — единичный вектор в направлении распространения волны. К. э. в квант, теории выглядит как упругое столкновение двух ч-ц — налетающего фотона и покоящегося эл-на. В каждом акте столкновения соблюдаются законы сохранения энергии и импульса. Фотон передаёт часть своей энергии и импульса эл-ну и изменяет направление движения — рассеивается уменьшение энергии фотона и означает увеличение длины волны рассеянного света. Эл-н, получивший от фотона энергию и импульс, приходит в движение — испытывает отдачу. Направления движения ч-ц после столкновения и их энергии определяются законами сохранения энергии и импульса. (Т. к. при рассеянии фотонов высокой энергии эл-н отдачи может приобрести значит, скорость, необходимо учитывать релятив. зависимость энергии и импульса эл-на от его скорости.) Рис. 1 иллюстрирует закон сохранения импульса при К. э. Совместное решение ур-ний, выражающих законы сохранения энер- [c.306]

НЕЙТРОННАЯ ОПТИКА, раздел нейтронной физики, в рамках к-рого изучается вз-ствие медленных нейтронов со средой и с эл.-магн. и гравитац. полями. В условиях, когда длина волны де Бройля нейтрона Х=Штр т — масса нейтрона, V — его скорость) сравнима с межат. расстояниями или больше их, существует нек-рая аналогия между распространением в среде фотонов и нейтронов. В Н. о., так же как и в световой оптике, есть неск. типов явлений, описы ваемых либо в лучевом приближении (преломление и отражение нейтронных пучков на границе двух сред), либо в волновом (дифракция в периодич. структурах и на отд. неоднородностях). Комбинационному рассеянию света соответствует неупругое рассеяние нейтронов круговой поляризации света можно сопоставить (в первом приближении) поляризацию нейтронов. Аналогию между нейтронами и фотонами усиливает отсутствие у них электрич. заряда. Однако в отличие от квантов эл.-магн. поля не троны, двигаясь в среде, в осн. взаимодействуют с ат. ядрами, обладают магн. моментом и массой покоя, вследствие чего скорость распространения тепловых нейтронов в 10 —10 раз меньше, чем для фотонов той же длины волны. [c.453]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...