Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1. Диаграммы Фейнмана для процесса однократного рассеяния света в веществе.
вещества и фотона до взаимодействия обозначены [ M ) и |А) = |ш, к, ц), а после взаимодействия \М' ) и [A:') = I со',к', ц') соответственно. В промежутие между моментами поглощения I1 и испускания tt вещество находится в состояниях | M1) и j Mi), к-рые могут быть виртуальными или реальными н меняющимися из-за взаимодействий в веществе и с излучением.
Если эти изменения велики, так что к моменту «забывается» состояние, сформированное в момент tlt т. е. рассеянный фотои статистически не связан с падающим, то такое Р. с. наз. иекоге рентным. Большие возмущения в промежуточных состояниях могут обусловить разного рода вторичные свечения, иапр. фотолюминесценцию, к-рую традиционно ие считают Р. с. Феноменологич. особенности этого свечения — инерционность, задержка или затягивание свечения (рассеяния), независимость спектра люминесценции от быстрых изменений характеристик падающего излучения.
В элементарном акте Р. с. закон сохранения энергии и импульса имеет вид
M — м"\ йк-1-рм~йк'-[~рм*, (1)
где ?м м' и Pm м’ — энергия и импульс атома (молекулы) в соответствующем M и M' состояниях.
Классическая теория рассеяния света. В рамках классической, волновой, теории света считается, что рассеянное излучение генерируется электрич. токами, вызываемыми в веществе падающим излучением. В классич. теории часто примениется днпольное приближение, в к-ром источником излучения считается электрич. диполь с моментом p(t) — Rep0exp(icot). В этом при-
РАССЕЯНИЕ
ближении интенсивность dJn, излучаемая диполем в направлении п в телесный угол dQ.„, даётся выражением
ит — (°4(pw)> J0 dIn * ьпс2 dQn ’
(2)
» -180
где na = 1 и с — скорость света в вакууме.
Гармоиич. движение диполя вызывается действием на заряды электрич. поля с частотой (о-, а значение р определяется либо ур-ниями классич. механики с учётом р = S e/j (суммирование проводится по всем частицам с зарядами ej и координатами г*), либо квантовыми ур-ниями при т. н. полуклассич. подходе, в к-ром полагают р ~ Sf;- <г^>, где (г;-> — квантовое среднее ^оординаты /-го локализов. заряда.
; При феноменология. описании считают р — аЕ, где Л — тензор поляризуемости рассеивающей частицы, a E — напряжённость электрнч. поля действующего на реё излучения. Если заряды рассредоточены, рассеянное излучение получается в результате сложения парциальных полей, генерируемых элементарными дипольними моментами элементов объёмов d?r: dp = P(r)d3r, где P — поляризация э точке г, определяемая тензором диэлектрической проницаемости г среды:
Р(г)=(е—і )Е(г)/4я.
(3)
278
1 Напряжённость поля Е(г), действующего в точке г, в общем случае отличается от напряжённости поля падающего излучения. При суммировании вкладов элементарных диполей в ф-ле (2) следует учитывать интерференцию рассеянных волн, поэтому существенйы фазы колебаний диполей и запаздывание прихода волн от них в место наблюдения.
Характеристики рассеяния света. Наиб, употребляемая количественная характеристика Р. с. на частицах — дифференциальное сеч енне рассеяния ricxk'k, определяемое отношением рассеянного потока dln к плотности падающего потока сЕJk1Si. В классич. и полуклассич. описании сечеиие определяется из (2), где р считается зависищим от En линейно.
При квантовом подходе Р. с. описывается в возмущений теории как взаимодействие излучения с веществом и определяется ф-лой вероитности перехода в сплошном спектре состояний поля излучений в единицу времени. Сеченне рассеяния определяется этой же ф-лой при условии, что поток падающего света считается равным одному фотону в единицу времени на единицу площади.
Сечеиие измеряется в единицах площади, и прн упругом рассеянии полное сечение trk = J^k'k (интегрирование по всем направлениям рассеиния) характеризует, с нек-рой долей условности, размер плошадки, «ие пропускающей свет» в направлении его падения. Сечение рассеяния может зависеть от поляризации, направления (анизотропия Р. с.), частоты падающего света (дисперсия Р. сЛ.
Светорассеивающую способность сред характеризуют коэф. рассеяния Rn н дифференц. коэф. экстиикцин dhn. Первый показывает, какая доля светового потока, падающего на единицу поверхности среды, рассеивается единицей её объёма в заданном направлении.
Второй определяется как удельное (иа единицу объёма V среды) дифференц., сеченне рассеяния dh„ —
— da^\lV. Обе величины измеряются в обратных длинах и связаны друг с другом соотношением, к-рое в случае изотропного рассеяния иеполяризов. света имеет вид k = (16я/3)Дя/2, где h — полная экстинк-ция светорассеяния, R„n — коэф. рассеяния под углом 90° к направлению падения излучения.
Наглядное изображение Р. с. даёт индикатриса рассеяния (полярная диаграмма), показывающая распределение относит, интенсивности рассеянного света по направлениям (рис. 2). Внд индикатрисы зависит от частоты, поляризации и направления падающего излуче-
Рис. 2. Индикатрисы дипольного рассеяния падающего слева деполяризованного (естественного) (а) и линейно поляризованного (б) света.
