Вынужденное явление Рамана

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: реферат эволюция, курсовые работы
| Добавил(а) на сайт: Дарюшин.

[pic] (10)
Решая уравнение (2) с учетом выражений (4) для силы и (10) для поля волны, получаем

[pic] (11)
Мощности [pic] и [pic], отдаваемые молекулой двум рассеянным волнам—стоксовой и антистоксовой—вычислим так же, как и раньше:

[pic] (12)

[pic] (13)
Из выражения (12) видно, что в нормальных условиях опыта [pic] всегда
[pic], без дополнительных условий, связывающих волновые векторы. Это означает, что стоксово рассеяние не имеет ограничений по направ-

Рис.1. Векторная схема вынужденного рамановского рассеяния как четырехфотонного процесса: [pic].

Оба испускания, как стоксово, так и антистоксово, являются направленными.

лению. Иначе обстоит дело с антистоксовым рассеянием, которое описано выражением (13). При выполнении условия [pic] постоянный приход энергии к антистоксовой волне [pic] будет гарантирован только в том случае, если

[pic]

(14) также если

[pic] (15)
Интенсивность антистоксовой линии достигает максимума для [pic]; направление ее эмиссии определяется равенством (14).

Удивительным свойством антистоксова излучения, вытекающим из выражения
(14), является тот факт, что эмиссия происходит только в определенном направлении, а именно под углом [pic] к направлению [pic], т. е. к направлению падающего света. Это показано на рис.1. Волновой вектор [pic] имеет величину, равную

[pic] (16) где [pic] и [pic]—скорость света в данной среде и ее коэффициент преломления. Точно так же

[pic] и [pic] (17)

где [pic] означает, как и ранее, частоту колебаний молекулы. Введем еще две разности коэффициентов преломления, характеризующих среды, а именно:

[pic] [pic] (18)

Из векторной диаграммы, представленной на рис.1, можно определить [pic] согласно теореме Карно:

[pic]
Используя выражения (16)—(18), а также приняв, что

[pic] [pic] [pic] получим приближенное соотношение для малых углов [pic]:

[pic] (19)
Согласно этому выражению антистоксов свет рассеивается вдоль конуса, ось которого совпадает с направлением падающего света, а [pic]—угол между этим направлением и направлением образующей конуса. На экране,

Красное
Оранжевое
Желтое
Зеленое

Рис. 2. Вынужденное рамановское рассеяние в нитробензоле.
Рассеяние в антистоксову сторону наблюдается в виде концентрических колец, окружающих пучок света лазера. Последующие кольца соответствуют рассеянию с большей частотой (более короткой длиной волны). Стоксово рассеяние имеет различные направления, но наибольшая интенсивность света приходится на направление падающего пучка. установленном перпендикулярно к направлению падающего луча, виден яркий цветной круг. Опыт показывает, что если кювету с жидкостью, например нитробензолом, поместить между сферическими зеркалами резонатора Фабри—Перо рубинового лазера, то стоксово рассеяние будет иметь место в инфракрасной области. Для распространения его не характерно какое-либо определенное направление; в основном это направление падающего луча, тогда как антистоксово рассеяние образует ряд световых конусов с цветовой гаммой, от красного до голубого. Ближайший из них соответствует частоте [pic], последующие — частотам [pic], [pic] и т. д. (рис. 2).

Механизм рамановского рассеяния в антистоксову сторону.

Уравнение (14) и иллюстрирующий его рис. 1 показывают, что процесс рамановекого рассеяния в резонаторе лазера является четырехфотонным процессом, в котором два фотона лазерного света исчезают, а вместо них появляются два новых фотона: стоксов и антистоксов. В четырехфотонном процессе как

Рис. 3 Векторная схема вынужденного рамановского рассеяния как двухфотонных процессов с участием фононов разных направлений и величин.
Стоксово рассеяние имеет различные направления, тогда как антистоксово — лишь одно определенное направление.

[pic], так и [pic]имеют точно определенные направления. В то время как действительно точно определенное направление имеют антистоксовы фотоны
[pic], стоксовы фотоны [pic] рассеиваются в различных направлениях, главным
0'бразом в направлении падающего луча. Поэтому Цайгер с сотрудниками предложил двухступенчатый механизм процесса рамановского рассеяния. При этом каждая ступень является двухфотонным процессом, в котором принимают участие два фотона и фотон [pic]. Последнему соответствует волновой вектор волны, возникающей из когерентных колебаний молекул, возбужденных падающей оптической волной. Первая ступень заключается в образовании стоксова фотона и фонона [pic] из первого лазерного фотона: