Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
2. Среды, обладающие п. д. 2-го порядка (негиро-
А
тройные). Если необходимо рассматривать п. д.
ОТРАЖЕНИЕ ОТ НЕЛИНЕЙНЫХ-СРЕД
159
2-го порядка. Здесь также возможно возникновение добавочных волн (в этом случае уже двух), но в области частот, более близкой к резонансу (порядка 10 А).
Отражение от изотропной среды для этого случая при нормальном падении рассмотрено в работе [018]. Формулы, аналогичные формулам Френеля, даны также в работе [23] для кристалла класса Ол и любых <р; как методика расчета (микроскопического), так и результаты несколько отличны от данных в работе [018], хотя конечные общие выводы аналогичны. Отражение анизотропно относительно осей кристалла, ход его зависит от поляризации падающего света. Проведен также расчет отражения [24]; показано, что добавочные волны могут влиять на фазу отраженного света, смещая ее на большие углы (порядка 5-20°).
Отражение при наличии поверхностных экситонов, наиболее заметно обнаружимое, см. в § 27.
Отражение от сред, где ожидается пространственная дисперсия 2-го порядка, исследовалось экспериментально для ряда веществ, однако истолкование результатов не однозначно (подробно об этом см. в § 34). Следует отметить, что единственным бесспорным экспериментальным доказательством существования эффектов 2-го порядка является анизотропное поглощение в кристалле СигО в области квадрупольной линии. Эффекты, связанные с объемными экситонами, наблюдены при отражении в жидком и твердом Хе [25], однако наблюдения в основном качественные (см., впрочем, [5]).
Отражение от среды с сильной п. д.-плазмой, в том числе и релятивистской, рассмотрено в работах [017, 1, 26-28]. Эффекты п. д.- нелокальной связи у и Е, когда имеет место аномальный скин-эффект, оказываются существенными при рассмотрении отражения от металлов (см. § 28).
§ 19. Отражение от нелинейных сред
Вопрос о границах применимости линейного приближения для анализа распространения электромагнитных волн рассмотрен, например, в работах [29]. Показано, что, помимо плазмы, нелинейной уже при слабых полях, эффекты нелинейности при ныне осуществимых напря-
160
НЕЛОКАЛЬНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ
[ГЛ. 4
женностях полей могут обнаруживаться и в других средах. Границы линейности для металлов исследованы также в работах [30, 31] ').
Обычно квантовая оптика ограничивается рассмотрением двухфотонных процессов рассеяния - эффектов 2-го порядка, т. е. 2-го приближения теории возмущений, и использует получаемую в этом приближении формулу Крамерса-Гейзенберга (см., например, [32]). Это рассеяние представляет поглощение первичного фотона с импульсом ко, с одновременным испусканием вторичного с импульсом к. При рассмотрении нелинейных сред (н. л. с.) необходимо учесть и "трехфотонные процессы"; дисперсионные формулы, учитывающие это, третье, приближение, впервые были получены, видимо, в работе [33] (см. также [34]); подробные, более современные расчеты для рассеяния света на атомах даны в [35, 36, 019].
Взаимодействие электромагнитных волн с веществом в этом приближении рассматривалось в ряде работ (см., например, обзоры [36-40]). Показано, что возможна макроскопическая трактовкая явлений с введением тензора нелинейной поляризуемости, который уже должен быть рассчитан из микроскопической теории.
Предварительно отметим, что нелинейные эффекты могут возникать не только за счет нелинейной поляризуемости отдельных молекул.
Световой луч, проходя через среду, состоящую из анизотропных молекул, будет оказывать ориентирующее действие на них. Этот эффект сделает среду нелинейной. Впервые это обстоятельство отмечено, видимо, в работах [41, 42], где было указано, что необходимая для получения заметного эффекта в непоглощающем диэлектрике плотность энергии имеет порядок 105 вт/см2 (т. е. в настоящее время достижима). Подробная теория дана недавно в работе [43]. Для поглощающих веществ будет возникать и ориентационный фотодихроизм; это явление обнаружено и исследовано авторами работ [44, 45]. Нелинейность может также возникнуть вследствие пространственной дисперсии нелокализованных возбуждений [46]. Мы не касаемся здесь "параметрических эф-
') Мы не рассматриваем здесь ферро- и ферримагнитные среды if сегнетоэлектрики; частоты переориентации доменов весьма низки.
§ 19]
ОТРАЖЕНИЕ ОТ НЕЛИНЕЙНЫХ СРЕД
161
фектов" - изменения неоптических параметров под действием света (см. ниже).
Как показано в гл. 6, появление упорядоченной ориентации молекул даже в 1-2 поверхностных слоях проявляется в отражении света измеримым образом. Даже если ориентация, внесенная световым полем, незначительна, область, охваченная ею, намного превосходит по размерам моно- или бимолекулярные слои, и обнаружить эффекты по отражению, несомненно, возможно.
Поскольку напряженности для светового поля даже для ОКГ все же много менее внутримолекулярных, можно представить поляризуемость (вдали от собственных частот1)) в виде
Р(0= J f>(t')E{t-f)dt' +
- оо
+ j , t") Е (t-t') Е (t-t'-f) dt'dt" + J. fjc (f, t", Ox
-оо "со
X E (t - f) E (t - t' - t") E (t-f-1" -t'") dt'dt"dt"' + ...,
