Механика

Каблограмма Романа

Изменение частоты колебаний света, проходящего через вещество, наблюдалось учеными задолго до изобретения лазера. В 1928 г. индийский ученый Ч. Раман изучал рассеяние света в жидкостях. В это же время советские физики Г. С. Ландсберг и Л. И. Мандельштам исследовали спектры светового луча, рассеивающегося в твердых прозрачных телах. К своему удивлению, вместе со спектральными линиями источника, освещающего тело, ученые обнаружили новые линии - линии-спутники, лежащие по обе стороны от спектральных линий источника.

Сразу же после своего открытия Раман по трансатлантическому кабелю послал краткое сообщение о своем наблюдении. Статья же советских ученых была опубликована позднее сообщения Рамана. Поэтому появление линий-спутников в рассеянном свете ныне называют Рамана эффектом. Это явление еще называют комбинационным рассеянием.

Остановимся теперь на существе комбинационного рассеяния света. Когда поток квантов с энергией h\ сталкивается с молекулами жидкости, то молекулы могут обмениваться своей энергией с фотонами. В процессе комбинационного рассеяния фотон внешнего источника света поглощается молекулой, и сразу же излучается другой фотон. При этом фотоны увеличивают или уменьшают свою энергию также квантами с энергией дельта Е, равной энергии возбуждения молекул жидкости. Если молекула находится в невозбужденном состоянии, то фотон отдает ей энергию дельта Е, а если молекула возбуждена, то может случиться так, что фотон получит от молекулы ее энергию возбуждения дельта Е. В результате возникают фотоны с энергиями hv+дельта Е и hv-дельта Е. Таким образом, спутники спектральных линий источника света обладают интересным свойством -их частота "комбинируется" из частоты падающего на тело источника света и собственной частоты колебаний молекул при их возбуждении. Если лазерный луч пропустить через нитробензол, то в прошедшем через нитробензол свете будет содержаться частота на 40 биллионов Гц меньше частоты испускаемого лазером света. Это и есть частота, характерная для молекул нитробензола.

Под действием лазерного излучения в веществах возникают значительные потоки фотонов раманов-ского излучения. Если эти фотоны будут многократно проходить, скажем, через нитробензол, то за ними будут увлекаться новые и новые фотоны такой же энергии. Это явление называется вынужденным комбинационным рассеянием. Все происходит, как и при излучении лазера, только нет первоначального возбуждения оптической накачкой. При этом значительная доля лазерного светового потока становится светом с большей или меньшей длиной волны. Если лазерное излучение сфокусировать в интенсивный пучок, то, пропуская его через жидкие, твердые и газообразные тела, можно во многих случаях получить интенсивное рамановское излучение. Так получаются когерентные излучения в новых областях спектра с длинами волн, лежащих и в ультрафиолетовой, и в инфракрасной области спектра.