МАНДЕЛЬШТАМА БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ

МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ, рассеяние оптич. излучения конденсированными средами (твёрдыми телами и жидкостями) в результате его взаимодействия с собственными упругими колебаниями этих сред. М.- Б. р. сопровождается изменением набора частот (длин волн), характеризующих излучение,- его спектрального состава. Напр., М.- Б. р. монохроматического света в кристаллах приводит к появлению шести частотных компонент рассеянного света, в жидкостях - трёх (одна из них - неизменённой частоты). Сравнительно сильное взаимодействие между частицами конденсированных сред (в кристаллах оно связывает их в упорядоченную пространств, решётку) приводит к тому, что эти частицы не могут двигаться независимо - любое их возбуждение распространяется в среде в виде волны. Однако при любой отличной от абс. нуля темп-ре частицы находятся в тепловом движении. В результате по всевозможным направлениям в среде распространяются упругие волны различных частот (см. Гиперзвук). Наложение таких волн друг на друга вызывает появление т.н. флуктуации плотности среды (малых локальных отклонений плотности от её ср. значения), на к-рых и рассеивается свет (см. Рассеяние света). М.- Б. р. показывает, что световые волны взаимодействуют непосредственно с упругими волнами, обычно не наблюдаемыми по отдельности. Особенно наглядна физич. картина явления в случае кристаллов. В них упругие (наз. также д е б а е в с к и м и, по имени впервые рассмотревшего их П. Дебая; см. Твёрдое тело) волны одинаковой частоты, бегущие навстречу друг другу, образуют стоячие волны той же частоты. Рассеяние света этими стоячими волнами происходит по всем направлениям, но вследствие интерференции света за рассеяние в данном направлении ответственна упругая волна одной определённой частоты. Пусть от плоского фронта такой волны отражаются, изменяя своё направление на угол 0 (рис.), лучи падающего света частоты v (длины волны Л; Л = c*/v, где с* - скорость света в кристалле). Для того чтобы отражённые лучи, интерферируя, давали максимум интенсивности в данном направлении, необходимо, чтобы оптич. разность хода СВ + BD соседних лучей 1-1‘ и 2-2‘ была равна Л: 2Л*sin0/2 = Л, (1) где Л = АВ - длина рассеивающей упругой (гиперзвуковой) волны. Отражение световой волны от звуковой эквивалентно модуляции света падающего пучка с частотой звуковой волны. Условие (1) приводит к выражению для изменения частоты дельта v рассеянного света:

дельта v/v =±2v/c*sin0/2 (2) (v - скорость звука в кристалле).

Смещение частоты света при М.- Б. р. относительно невелико, т. к. скорость звука в среде намного меньше скорости света в ней (v/e* мало). Напр., для кристалла кварца v = 5*10⁵см/сек, с*=2*10⁵ см/сек и при рассеянии под углом в = 90° дельта v/v = 0,003%. Однако такие величины надёжно измеряются интерферометрич. методами (см. Интерферометр ).

Из представления о стоячих волнах - сгущениях и разрежениях плотности, модулирующих световую волну,- исходил Л. И. Мандельштам, теоретически предсказавший М.- Б. р. (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 физич. причиной "расщепления" монохроматич. линий оказывается Доплера эффект.

Экспериментально М.- Б. р. впервые наблюдалось Л. И. 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 - звуковые волны одной и той же частоты, каждая из к-рых распространяется со своей v). Он же изучил М.- Б. р. в жидкостях и аморфных твёрдых телах (1930-32), при к-ром наряду с двумя "смещёнными" наблюдается и "несмещённая" компонента исходной частоты v. Теоретич. объяснение этого явления принадлежит Л. Д. Ландау и Г. Плачеку (1934), показавшим, что, кроме флуктуации плотности, необходимо учитывать и флуктуации темп-ры среды.

Создание лазеров не только улучшило возможности наблюдения М.- Б. р., но и привело к открытию т. н. вынужденного М.- Б. р. (ВМБР), к-рое отличается большей интенсивностью и мн. качественными особенностями (см. Вынужденное рассеяние света). Исследования М.- Б. р. в сочетании с др. методами позволяют получать ценную информацию о свойствах рассеивающих сред. ВМБР используется для генерации мощных гиперзвуковых волн в кристаллах в ряде технич. применений.

Лит.: Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.- Л., 1951; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, М., 1965. Я. С. Бобович.