МАНДЕЛЬШТАМА — БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ

Сравнительно сильное вз-ствие между ч-цами конденсиров. сред (в кристаллах оно связывает их в упорядоченную пространств. решётку) приводит к тому, что по всевозможным направлениям в среде распространяются упругие волны разл. частот (см. ГИПЕРЗВУК). Наложение таких волн друг на друга вызывает появление флуктуации плотности среды, на к-рых и рассеивается свет (см. РАССЕЯНИЕ СВЕТА). М.— Б. р. показывает, что световые волны взаимодействуют не только с флуктуациями плотности, но и непосредственно с упругими волнами, обычно ненаблюдаемыми по отдельности. Особенно наглядна физ. картина явления в кристаллах. В них упругие волны одинаковой частоты, бегущие навстречу друг другу, образуют стоячие волны той же частоты, т. е. создают периодич. решётку, на к-рой происходит дифракция света; это явление аналогично дифракции света на ультразвуке.Рассеяние света стоячими волнами происходит по всем направлениям, но, вследствие интерференции света, за рассеяние в данном направлении ответственна упругая волна одной определ. частоты. Пусть на плоском фронте такой волны (рис.) рассеиваются, изменяя своё направление на угол q, лучи падающего света частоты n (длины волны l; l=c*/n, где с* — скорость света в кристалле).

Для того чтобы рассеянные лучи, интерферируя, давали максимум интенсивности в данном направлении, необходимо, чтобы оптич. разность хода СВ+ВД соседних падающих (1 и 2) и рассеянных (Г и 2') лучей была равна l:

2nL•sinq/2=-l, (1)

где L=АВ — длина рассеивающей упругой (гиперзвук.) волны. Рассеяние световой волны на упругой эквивалентно модуляции света падающего пучка с частотой упругой волны. Условие (1) приводит к выражению для относит. изменения частоты рассеянного света:

Dn/n=±2v/c*•sin q/2 (2)

(v — скорость упругих волн в кристалле) .

Смещение частоты света при М.—Б. р. относительно невелико, т. к. vИНТЕРФЕРОМЕТР).

Из представления о стоячих волнах, модулирующих световую волну, исходил Л. И. Мандельштам, теоретически предсказавший это рассеяние. Независимо от него те же результаты получил франц. физик Л. Бриллюэн (L. Brillouin), рассматривая рассеяние света на бегущих навстречу друг другу упругих волнах в среде. Причиной «расщепления» монохроматич. линий в этом случае оказывается Доплера эффект.

Экспериментально М.— Б. р. впервые наблюдалось Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом (1930). Детально его исследовал Е. Ф. Гросс. В частности, он обнаружил (1938), что М.— Б. р. в кристаллах расщепляет монохроматич. линию на шесть компонент (это объясняется тем, что скорость звука v в кристалле различна для разных направлений, вследствие чего в общем случае в нём существуют три— одна продольная и две поперечные — упругие волны одной и той же частоты, каждая из к-рых распространяется со своей v скоростью). Он же изучил М.— Б. р. в жидкостях и аморфных тв. телах (1930—32), при к-ром наряду с двумя смещёнными наблюдается и несмещённая компонента исходной частоты v. Теор. объяснение этого явления принадлежит Л. Д. Ландау и чешскому физику Г. Плачеку (1934), показавшим, что, кроме флуктуации плотности, необходимо учитывать и флуктуации температуры среды.

Создание лазеров не только улучшило возможности наблюдения М.— Б. р., но и привело к открытию т. н. вынужденного М.— Б. р. Оно обусловлено нелинейным вз-ствием интенсивной возбуждающей световой волны (первоначально слабой рассеянной волны) и упругой тепловой волны. Основой такого вз-ствия явл. эффект электрострикции, заключающийся в том, что диэлектрик в электрич. поле напряжённостью Е меняет свой объём и т. о. возникает электрострикц. давление (а следовательно, образуется упругая волна). Электрострикц. давление пропорц. Е2. В гигантском импульсе лазера напряжённость электрич. поля световой волны может достигать значений 104—108 В/см, и тогда электрострикц. давление может составить сотни тыс. атмосфер и возникнет весьма интенсивный гиперзвук. Интенсивность звук. волны, возникающей при вынужденном М.— Б. р., невелика.

Исследования М.— Б. р. в сочетании с др. методами позволяют получить ценную информацию о св-вах рассеивающей среды. Вынужденное М.— Б. р. используется для генерации мощных гиперзвук. волн в кристаллах.