МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ
рассеяние
оптич. излучения конденсированными средами (твёрдыми телами и жидкостями)
в результате его взаимодействия с собственными упругими колебаниями этих
сред. М.- Б. р. сопровождается изменением набора частот (длин волн), характеризующих
излучение,- его спектрального состава. Напр., М.- Б. р.
монохроматического
света в кристаллах приводит к появлению шести частотных компонент рассеянного
света, в жидкостях - трёх (одна из них - неизменённой частоты). Сравнительно
сильное взаимодействие между частицами конденсированных сред (в кристаллах
оно связывает их в упорядоченную пространств, решётку) приводит к тому,
что эти частицы не могут двигаться независимо - любое их возбуждение распространяется
в среде в виде волны. Однако при любой отличной от абс. нуля темп-ре частицы
находятся в тепловом движении. В результате по всевозможным направлениям
в среде распространяются упругие волны различных частот (см. Гиперзвук).
Наложение таких волн друг на друга вызывает появление т.н. флуктуации
плотности среды (малых локальных отклонений плотности от её ср. значения),
на к-рых и рассеивается свет (см. Рассеяние света). М.- Б. р. показывает,
что световые волны взаимодействуют непосредственно с упругими волнами,
обычно не наблюдаемыми по отдельности. Особенно наглядна физич. картина
явления в случае кристаллов. В них упругие (наз. также д е б а е в с к
и м и, по имени впервые рассмотревшего их П. Дебая; см. Твёрдое
тело) волны одинаковой частоты, бегущие навстречу друг другу, образуют
стоячие волны той же частоты. Рассеяние света этими стоячими волнами
происходит по всем направлениям, но вследствие интерференции света за
рассеяние в данном направлении ответственна упругая волна одной определённой
частоты. Пусть от плоского фронта такой волны отражаются, изменяя своё
направление на угол 0 (рис.), лучи падающего света частоты v (длины
волны Л; Л = c*/v, где с* - скорость света в кристалле). Для того
чтобы отражённые лучи, интерферируя, давали максимум интенсивности в данном
направлении, необходимо, чтобы оптич. разность хода СВ + BD соседних
лучей 1-1' и 2-2' была равна Л: 2Л*sin0/2 = Л, (1) где Л = АВ - длина
рассеивающей упругой (гиперзвуковой) волны. Отражение световой волны от
звуковой эквивалентно модуляции света падающего пучка с частотой
звуковой волны. Условие (1) приводит к выражению для изменения частоты
дельта v рассеянного света:
дельта v/v =±2v/c*sin0/2 (2) (v - скорость
звука в кристалле).
Смещение частоты света при М.- Б. р. относительно
невелико, т. к. скорость звука в среде намного меньше скорости света в
ней (v/e* мало). Напр., для кристалла кварца v = 5*105см/сек,
с*=2*105 см/сек и при рассеянии под углом в = 90°
дельта v/v = 0,003%. Однако такие величины надёжно измеряются интерферометрич.
методами (см. Интерферометр ).
Из представления о стоячих волнах - сгущениях
и разрежениях плотности, модулирующих световую волну,- исходил Л. И. Мандельштам,
теоретически
предсказавший М.- Б. р. (его статья, написанная в 1918, была опубликована
лишь в 1926). Независимо те же результаты получил (1922) Л. Бриллюэн,
рассматривая рассеяние света на бегущих навстречу друг другу упругих
волнах в среде. При его подходе к явлению физич. причиной "расщепления"
монохроматич. линий оказывается
Доплера эффект.
Экспериментально М.- Б. р. впервые наблюдалось
Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом (1930). Детально его исследовал
Е. ф. Гросс. В частности, он обнаружил (1938), что М.-Б. р. в кристаллах
расщепляет монохроматич. линию на шесть компонент (это объясняется тем,
что скорость звука v в кристалле различна для разных направлений,
вследствие чего в общем случае в нём существуют три - одна продольная и
две поперечные - звуковые волны одной и той же частоты, каждая из к-рых
распространяется со своей v). Он же изучил М.- Б. р. в жидкостях
и аморфных твёрдых телах (1930-32), при к-ром наряду с двумя "смещёнными"
наблюдается и "несмещённая" компонента исходной частоты v. Теоретич. объяснение
этого явления принадлежит Л. Д. Ландау и Г. Плачеку (1934), показавшим,
что, кроме флуктуации плотности, необходимо учитывать и флуктуации темп-ры
среды.
Создание лазеров не только улучшило
возможности наблюдения М.- Б. р., но и привело к открытию т. н. вынужденного
М.- Б. р. (ВМБР), к-рое отличается большей интенсивностью и мн. качественными
особенностями (см. Вынужденное рассеяние света).
Исследования М.-
Б. р. в сочетании с др. методами позволяют получать ценную информацию о
свойствах рассеивающих сред. ВМБР используется для генерации мощных гиперзвуковых
волн в кристаллах в ряде технич. применений.
Лит.: Волькенштейн М. В., Молекулярная
оптика, М.- Л., 1951; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света,
М., 1965. Я. С. Бобович.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я