ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА

ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА рассеяние
света в среде, обусловленное изменением движения входящих в её состав микрочастиц
(электронов, атомов, молекул), происходящим как под влиянием падающей световой
волны, так и самого рассеянного излучения. Различают вынужденное комбинационное
рассеяние (ВКР), происходящее при участии либо внутримолекулярных колебаний
атомов, либо вращений молекул, либо движений электронов внутри атомов;
вынужденное рассеяние Мандельштам а- Бриллюэна (ВРМБ), в к-ром участвуют
упругие смещения молекул (т. е. звуковые или гиперзвуковые волны); вынужденное
рассеяние света на поляритонах (связанных колебаниях молекул и электромагнитного
поля) и т. д. В. р. с. наблюдается в твёрдых телах, жидкостях и газах.

Если интенсивность падающего света невелика,
в среде происходит спонтанное рассеяние света, при к-ром изменение движения
микрочастиц происходит только под влиянием поля падающей волны. Интенсивность
рассеянного света при этом мала (в 1 см³ 10^-8-10^-6
от интенсивности падающего света), а его частота w' отличается от
частоты падающего света на величину дельта w, равную частоте колебаний
микрочастиц (см. Комбинационное рассеяние света, Мандельштама - Бриллюэна
рассеяние).

При очень большой интенсивности падающего
света в среде проявляются нелинейные эффекты (см. Нелинейная оптика).
На
её микрочастицы действуют не только силы с частотами падающего со и рассеянного
w'
излучений, но также сила, действующая на разностной частоте дельта
w,
т. е. на частоте собств. колебаний микрочастиц, что приводит к резонансному
возбуждению колебаний. Рассмотрим это на примере вынужденного комбинационного
рассеяния с участием внутримолекулярных колебаний атомов. Под влиянием
суммарного электрич. поля падающего и рассеянного света молекула поляризуется,
у неё появляется электрич. дипольный момент, пропорциональный суммарной
напряжённости электрич. поля падающей и рассеянной волн. Потенциальная
энергия атомных ядер при этом изменяется на величину, пропорциональную
произведению дипольного момента на квадрат напряжённости суммарного электрич.
поля. Вследствие этого внешняя сила, действующая на ядра, содержит компоненту
с разностной частотой дельта
w, что вызывает резонансное возбуждение
колебаний атомов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению интенсивности
рассеянного излучения, что вновь усиливает колебания микрочастиц, и т.
д. Таким образом сам рассеянный свет вынуждает (стимулирует) дальнейший
процесс рассеяния. Именно поэтому такое рассеяние наз. вынужденным (стимулированным).
Интенсивность рассеянного света может быть порядка интенсивности падающего.

Возбуждение внутримолекулярных колебаний
при вынужденном комбинационном рассеянии (гиперзвука при ВРМБ и т. д.)
происходит в тех случаях, когда В. р. с. протекает в веществе, состояние
к-рого близко к равновесному. При этом частота w' рассеянного света
оказывается меньше частоты со падающего излучения: w' = w-дельта
w
(стоксов процесс). Однако при В. р. с. возможно не только возбуждение движения
микрочастиц, но и его подавление, если первоначальное состояние вещества
не является равновесным. При этом w'= w + дельта
w
(а нт и стоксов процесс).

Рис. 1. Спектр рассеянного света при
вынужденном комбинационном рассеянии: со - частота падающей волны.

Если при В. р. с. рассеянное излучение
выходит из рассеивающего объёма без отражений от его границ, то рассеянный
свет, как и в случае спонтанного рассеяния света, является некогерентным
(см. Когерентность), а угловое распределение рассеянного света зависит
от формы рассеивающего тела, напр, для удлинённых форм рассеянное излучение
сосредоточено гл. обр. вдоль его оси. Если же рассеивающее тело помещено
в оптический резонатор, то в результате многократных отражений рассеянного
света от зеркал в резонаторе формируется когерентное излучение на частоте
рассеяния w' (это достигается лишь при значениях интенсивности падающего
света, превышающих нек-рое пороговое значение). Направленность рассеянного
излучения в этом случае определяется конфигурацией резонатора.

Поскольку при В. р. с. интенсивности падающего
и рассеянного излучений велики (10⁶-10⁹ вт/см²),
то
нередко в веществе одновременно с В. р. с. проявляются и др. нелинейные
эффекты, напр, параметрич. процессы, приводящие к появлению излучения с
целым набором новых частот ww + п дельта
w, где п = = ±1, ±2, ±3... (рис. 1). Компоненты с п >= 1
наз. антистоксовыми компонентами, а с n <= -2 - высшими стоксовыми компонентами.
Излучение этих компонент после выхода из рассеивателя происходит преим.
вдоль поверхностей конусов с различными (для различных компонент) малыми
углами (1-10°) при вершинах. В изотропной среде оси всех конусов совпадают
с направлением рассеиваемого луча. В кристаллах эти конусы могут иметь
различную ориентацию и каждая компонента может излучаться в двух конусах.
На фотоплёнке, расположенной за исследуемым образцом перпендикулярно прошедшему
лучу частоты со, образуются кольца, соответствующие различным компонентам
В. р. с. (рис. 2).

Рис. 2. Пространственная картина излучения
первой и второй антистоксовых компонент при вынужденном комбинационном
рассеянии в монокристалле кальцита; центральное пятно соответствует прошедшему
через кальцит световому лучу частоты w; два неконцентрических кольца меньших
диаметров соответствуют двум конусам излучения первой антистоксовой компоненты
(частота w + дельта w); два неконцентрических кольца больших диаметров
соответствуют двум конусам излучения второй антистоксовой компоненты (частота
w + +2дельта w).

Т. к. интенсивность рассеянного света при
В. р. с. может быть порядка интенсивности падающего излучения, то рассеянное
излучение, в свою очередь, может стать источником В. р. с. Развитие этого
процесса может также привести к возникновению целого ряда компонент, частоты
к-рых будут совпадать с параметрич. частотами w. Однако
по др. свойствам они существенно отличаются от параметрич. излучения. Иногда
в веществе одновременно возникают два (или больше) вида В. р. с., влияющих
друг на друга.

В. р. с. используется для эффективного
преобразования интенсивного излучения лазера в излучение с большей
яркостью и др. характеристиками; для возбуждения интенсивного гиперзвука
и
др. видов движения микрочастиц; для изучения микроструктуры вещества.

Лит.: Луговой В. Н., Введение в
теорию вынужденного комбинационного рассеяния, М., 1968; СтаруновВ. С..
ФабелинскийИ. Л., Вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна и вынужденное
энтропийное (температурное) рассеяние света, "Успехи физических наук",
1969, т. 98, в. 3; Зельдович Б. Я., СобельманИ. И., Вынужденное рассеяние
света, обусловленное поглощением, там же, 1970, т. 101, в. 1. В. Н.
Луговой.