Большая Советская Энциклопедия (ВЫ)

Большая Советская Энциклопедия

При очень большой интенсивности падающего света в среде проявляются нелинейные эффекты (см. Нелинейная оптика ). На её микрочастицы действуют не только силы с частотами падающего w и рассеянного wc излучений, но также сила, действующая на разностной частоте Dw, т. е. на частоте собственных колебаний микрочастиц, что приводит к резонансному возбуждению колебаний. Рассмотрим это на примере вынужденного комбинационного рассеяния с участием внутримолекулярных колебаний атомов. Под влиянием суммарного электрического поля падающего и рассеянного света молекула поляризуется, у неё появляется электрический дипольный момент, пропорциональный суммарной напряжённости электрического поля падающей и рассеянной волн. Потенциальная энергия атомных ядер при этом изменяется на величину, пропорциональную произведению дипольного

момента на квадрат напряжённости суммарного электрического поля. Вследствие этого внешняя сила, действующая на ядра, содержит компоненту с разностной частотой Dw, 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 называется 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 которого близко к равновесному. При этом частота wc рассеянного света оказывается меньше частоты w падающего излучения: w = w — Dw (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 + Dw (антистоксов процесс).

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, например, для удлинённых форм рассеянное излучение сосредоточено главным образом 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 wc (это достигается лишь при значениях интенсивности падающего света, превышающих некоторое пороговое значение). Направленность рассеянного излучения в этом случае определяется конфигурацией резонатора.

Поскольку при В. р. с. интенсивности падающего и рассеянного излучений велики (10⁶ —10⁹вт/см² ), то нередко в веществе одновременно с В. р. с. проявляются и другие нелинейные эффекты, например, параметрические процессы, приводящие к появлению излучения с целым набором новых частот w_n = w + n Dw, где n = ±1, ±2, ±3... (рис. 1 ). Компоненты с n ³ 1 называются антистоксовыми компонентами, а с n lb —2 — высшими стоксовыми компонентами. Излучение этих компонент после выхода из рассеивателя происходит преимущественно 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 w, образуются кольца, соответствующие различным компонентам В. р. с. (рис. 2 ).

Так как 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 которых будут совпадать с параметрическими частотами w_n . Однако по другим свойствам они существенно отличаются от параметрического 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 другими характеристиками; для возбуждения интенсивного гиперзвука и других видов движения микрочастиц; для изучения микроструктуры вещества.

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

В. Н. Луговой.

Рис. 1. Спектр рассеянного света при вынужденном комбинационном рассеянии: w — частота падающей волны.

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 + Dw); два неконцентрических кольца больших диаметров соответствуют двум конусам излучения второй антистоксовой компоненты (частота w + 2Dw).

Вынужденные колебания

Вы'нужденные колеба'ния, колебания, возникающие в какой-либо системе под действием переменной внешней силы (например, колебания мембраны телефона под действием переменного магнитного поля, колебания механической конструкции под действием переменной нагрузки и т.д.). Характер В. к. определяется как характером внешней силы, так и свойствами самой системы. В начале действия периодической внешней силы характер В. к. изменяется со временем (в частности, В. к. не являются периодическими), и лишь по прошествии некоторого времени в системе устанавливаются периодические В. к. с периодом, равным периоду внешней силы (установившиеся В. к.). Установление В. к. в колебательной системе происходит тем быстрее, чем больше затухание колебаний в этой системе.

В частности, в линейных колебательных системах при включении внешней силы в системе одновременно возникают свободные (или собственные) колебания и В. к., причём амплитуды этих колебаний в начальный момент равны, а фазы противоположны (рис. ). После постепенного затухания свободных колебаний в системе остаются только установившиеся В. к.

Амплитуда В. к. определяется амплитудой действующей силы и затуханием в системе. Если затухание мало, то амплитуда В. к. существенно зависит от соотношения между частотой действующей силы и частотой собственных колебаний системы. При приближении частоты внешней силы к собственной частоте системы амплитуда В. к. резко возрастает — наступает резонанс . В нелинейных системах разделение на свободные и В. к. возможно не всегда.

Лит.: Хайкин С. Э., Физические основы механики, М., 1963.

График установления вынужденных колебаний.

Выпадение промежуточных функций

Выпаде'ние промежу'точных фу'нкций, частный случай преобразования органа в филогенетическом развитии, при котором происходит усиление его главной функции за счёт выпадения промежуточной. Этот тип изменения органов установлен А. Н. Северцовым . Примером В. п. ф. может служить образование у млекопитающих и человека нового причленения нижней челюсти через зубную кость непосредственно к черепу (что усилило её функцию) вместо причленения через квадратную и сочленовную кости (переместившиеся в среднее ухо); это дало возможность пережёвывать пищу во рту.