Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Рассеянием Мандельштама — Бриллюэна, названного в честь Мандельштама Леонида Исааковича и Леона Бриллюэна, называют рассеяние оптического излучения конденсированными средами (твердыми телами и жидкостями) в результате его взаимодействия с собственными упругими колебаниями этих сред. Оно сопровождается изменением набора частот (длин волн), характеризующих излучение, — его спектрального состава. Например, рассеяние Мандельштама — Бриллюэна монохроматического света в приводит к появлению шести частотных компонент рассеянного света, в жидкостях — трех (одна из них — неизмененной частоты).

Сравнительно сильное взаимодействие между частицами конденсированных сред (оно связывает их в упорядоченную пространственную решетку) приводит к тому, что эти частицы не могут двигаться независимо — любое их возбуждение распространяется в среде в виде волны. Однако при любой отличной от абсолютного нуля температуре частицы находятся в тепловом движении. В результате по всевозможным направлениям в среде распространяются упругие волны различных частот (Гиперзвук). Наложение таких волн друг на друга вызывает появление т. н. флуктуаций плотности среды (малых локальных отклонений плотности от ее среднего значения), на которых и рассеивается свет. Рассеивание Мандельштама — Бриллюэна показывает, что световые волны взаимодействуют непосредственно с упругими волнами, обычно не наблюдаемыми по отдельности.

Из представления о стоячих волнах — сгущениях и разрежениях плотности, модулирующих световую волну, — исходил Л. И. Мандельштам, теоретически предсказавший рассеяние Мандельштама — Бриллюэна (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 физической причиной "расщепления" монохроматических линий оказывается эффект Доплера.

Экспериментально рассеяние Мандельштама — Бриллюэна впервые наблюдалось Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом (1930). Детально его исследовал Е. Ф. Гросс. В частности, он обнаружил (1938), что рассеяние Мандельштама — Бриллюэна в расщепляет монохроматическую линию на шесть компонент (это объясняется тем, что скорость звука v в различна для разных направлений, вследствие чего в общем случае в нем существуют три — одна продольная и две поперечные — звуковые волны одной и той же частоты, каждая из которых распространяется со своей скоростью v). Он же изучил рассеяние Мандельштама — Бриллюэна в жидкостях и аморфных твердых телах (1930—1932), при котором наряду с двумя "смещенными" наблюдается и "несмещенная" компонента исходной частоты f. Теоретическое объяснение этого явления принадлежит Л. Д. Ландау и Г. Плачеку (1934), показавшим, что, кроме флуктуаций плотности, необходимо учитывать и флуктуации температуры среды.

[править] Применение

Создание лазеров не только улучшило возможности наблюдения рассеяния Мандельштама — Бриллюэна, но и привело к открытию так называемого вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна (ВМБР), которое отличается большей интенсивностью и многими качественными особенностями. Исследования рассеяния Мандельштама — Бриллюэна в сочетании с другими методами позволяют получать ценную информацию о свойствах рассеивающих сред. ВМБР используется для генерации мощных гиперзвуковых волн в в ряде технических применений.

[править] Ссылки

CIMIT Center for Intigration of Medicine and Innovative Technology
Brillouin scattering in the Encyclopedia of Laser Physics and Technology
Surface Brillouin Scattering, U. Hawaii
List of labs performing Brillouin scattering measurements
Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. — Л., 1951; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, М., 1965.