2_blok

23. Понятие о гиротропных средах. Естественная оптическая активность. Сахарометрия. Анизотропия оптических свойств, индуцированная механической деформацией, электрическим (эффекты Поккельса и Керра)

ГИРОТРОПНАЯ СРЕДА - среда, локальные макроскопич. свойства к-рой неинвариантны относительно зеркальных отражений, т. е. изменяются при нек-рых зеркальных отражениях. В результате процессы, происходящие в Г. с., обнаруживают несимметрию правого и левого, а соответствующие характеристики Г. с. описываются псевдотензорными величинами (см. Псевдотензор). Среда наз. гироэлектрической (гиромагнитной), если псевдотензорной величиной является диэлектрич. (магн.) проницаемость. Типичными примерами Г. с. могут служить ферриты и плазма во внеш. магн. поле.

Гиротропия среды обычно связана с нарушением зеркальной симметрии (дисимметрией) образующих её элементов (напр., частиц) и их свойств. Это нарушение может быть вызвано внеш. воздействиями, напр. механич. сжатием (механич. гиротропия), наложением магн. и электрич. полей (магнитоактивные среды и электрогиротропия), вращат. движением среды (динамооптич. эффекты), облучением среды светом (нелинейная оптич. гиротропия, и в частности обратный Фарадея эффект ).Отсутствие зеркальной симметрии (иногда это свойство наз. хиральностью) может быть присуще также составляющим среду частицам (естеств. гиротропия). Кроме того, гиротропия среды может быть обусловлена след. причинами: 1) гиротропным характером взаимодействия между частицами (напр., нарушение пространств. чётности в слабых взаимодействиях); 2) винтообразным упорядочением частиц (холестерич. жидкие кристаллы ,геликоидальные ферромагнетики и др. среды с винтовыми осями симметрии); 3) преим. "правой" (или "левой") структурой мелкомасштабных неоднородностей в среде (напр., гиротропная турбулентность и гиротропия хаотич. магн. поля, см. Гидромагнитное динамо).

Обычно Г. с. анизотропна, хотя существуют важные исключения: гиротропной может быть изотропная сре. да, состоящая из хиральных частиц; напр., водный раствор сахара, в к-ром кол-во "правых" и "левых" молекул различно. Весьма загадочным представляется тот факт, что все наиболее важные ткани живых организмов гиротропны, а именно: образованы хиральными молекулами, находящимися преим. в одной из двух зеркальных форм. В неживой природе кол-во правых и левых молекул в среднем обычно одинаково (рацемическая смесь).

САХАРИМЕТРИЯ - метод определения концентрации растворов оптически активных веществ (гл. обр. Сахаров, откуда назв. метода), основанный на зависимости вращения плоскости поляризации от концентрации раствора.

18. Понятия поляризации в оптике. Описание поляризации излучения в рамках электромагнитной теории света. Наглядное представление линейно, циркулярно, эллиптически поляризованного и неполяризованного излучения. Поляризатор. Закон Малюса. Неполяризованное излучение. Параметры Стокса частично поляризованного издучения. Степень поляризации.

Доказательством поперечности световых волн является явление поляризации света.

Световая волна состоит из множества цугов, испускаемых большим числом атомов. Каждый цуг имеет случайную ориентацию векторов E и H, в итоге в результирующей волне все направления равновероятны. Свет со всевозможными равновероятными направлениями векторов E и H называется естественным (скорость распространения направлена перпендикулярно чертежу).

Свет, в котором одно из направлений колебаний светового вектора становится преимущественным, называется частично поляризованным

Если колебания светового вектора происходят в одной плоскости, то свет – плоско-поляризован.

Если конец вектора описывает эллипс, то свет эллиптически поляризован, если окружность, то поляризован по кругу.

Закон Малюса: Интенсивность прошедшего света равна интенсивности падающего света на угол между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью поляризатора..

Поставим на пути естественного света два поляризатора, плоскости которых составляют угол . Из первого поляризатора выйдет плоско-поляризованный свет, интенсивность которого . Согласно закону Малюса из второго поляризатора выйдет свет интенсивности . Интенсивность света, прошедшего второй поляризатор равна:.

Максимальная интенсивность, равная получается при (поляризаторы параллельны). При интенсивность равна нулю (скрещенные поляризаторы света не пропускают).

Излучение, у которого направление вектора E изменяется хаотически, называется неполяризованным (примером может служить естественный свет). Часто используют понятие плоскости поляризации, т. е. плоскости, перпендикулярной направлению колебаний вектора E.

27. Основные представления о квантовой теории излучения света атомами и молекулами. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Многоуровневые системы. Резонансное усиление света при инверсной заселенности энергетических уровней. Методы создания инверсной заселенности в различных средах

ЭЙНШТЕЙНА КОЭФФИЦИЕНТЫ - коэф., характеризующие вероятности излучательных квантовых переходов. Введены А. Эйнштейном в 1916 при рассмотрении теории испускания и поглощения излучения атомами и молекулами на основе представления о фотонах; при этом им впервые была высказана идея существования вынужденного испускания. Вероятности спонтанного испускания, поглощения и вынужденного испускания характеризуются соответственно коэф.(индексы указывают нанаправление перехода между верх.и ниж.уровнями энергии). Эйнштейн одновременно дал вывод Планка закона излучения путём рассмотрения термодинамич. равновесия вещества и излучения и получил соотношения между Э. к. (см. Тепловое излучение).

Инверсная населенность верхних энергетических уровней практически выполняется двумя методами. Первый — состоит в своеобразной пространственной рассортировке атомов или молекул по энергетическим состояниям, в результате остаются лишь возбужденные частицы. Так с помощью неоднородного магнитного поля можно сконцентрировать в одной части пространства возбужденные атомы водорода; с помощью неоднород-  воздействием излучения осуществляется инверсная населенность одного или нескольких высших энергетических уровней; этот метод нашел применение в оптических квантовых приборах.  пикающего при излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар. Наиболее широкое практическое применение получили инжекционные лазеры на арсениде галлия, в которых инверсная населенность достигается инжекцией неосновных носителей через р — n-переход в вырожденные области полупроводника. Применяются также InAs, InP, InSb и ряд твердых растворов. 

25. Формулы френеля при полном внутреннем отрадении. Пропускание и отражение при явлении полного отражения на границе двух диэлектриков. Скачёк фаз при отражении.