РассеяниеМандельштама— Бриллюэна
Рассе́янием Мандельшта́ма —Бриллюэ́наназывают рассеяниеоптического излученияконденсированными средами(твёрдыми телами и жидкостями) в
результате его взаимодействия ссобственными упругими колебаниямиэтих сред. Оно сопровождаетсяизменением набора частот (длинволн), характеризующих излучение, —его спектрального состава. Например,рассеяние Мандельштама —Бриллюэна монохроматическогосвета[где?] приводит к появлениюшести частотных компонентрассеянного света, в жидкостях —трёх (одна из них — неизменённойчастоты). Эффект назван в честьсоветского физика ЛеонидаМандельштама и французско-американского физика ЛеонаБриллюэна.Сравнительно сильноевзаимодействие между частицамиконденсированных сред (оносвязывает их в упорядоченнуюпространственную решётку) приводитк тому, что эти частицы не могутдвигаться независимо — любое ихвозбуждение распространяется всреде в виде волны. Однако прилюбой отличной от абсолютного нулятемпературе частицы находятся втепловом движении. В результате повсевозможным направлениям всреде распространяются упругие
волны различных частот (гиперзвук).Наложение таких волн друг на другавызывает появление т. н. флуктуацийплотности среды (малых локальныхотклонений плотности от её среднегозначения), на которых и рассеиваетсясвет. Рассеяние Мандельштама —Бриллюэна показывает, что световыеволны взаимодействуютнепосредственно с упругими волнами,обычно не наблюдаемыми поотдельности.
Из представления о стоячих волнах —сгущениях и разрежениях плотности,модулирующих световую волну, —исходил Л. И. Мандельштам,теоретически предсказавшийрассеяние Мандельштама —Бриллюэна (его статья, написанная в1918, была опубликована лишь в1926). Независимо те же результатыполучил (1922) Л. Бриллюэн,рассматривая рассеяние света набегущих навстречу друг другу упругихволнах в среде. При его подходе кявлению физической причиной«расщепления» монохроматическихлиний оказывается эффект Доплера.
Первые попытки наблюдатьрассеяние Мандельштама —Бриллюэна, произведённыеЛ. И. Мандельштамом иГ. С. Ландсбергом (1930), позволилилишь наблюдать уширение линийрамановского рассеяния. Первыеудачные эксперименты и детальныеисследования проведеныЕ. Ф. Гроссом. В частности, онобнаружил (1938), что рассеяниеМандельштама — Бриллюэна
расщепляет монохроматическуюлинию на шесть компонент (этообъясняется тем, что скорость звука vразлична для разных направлений,вследствие чего в общем случае внём существуют три — однапродольная и две поперечные —
звуковые волны одной и той жечастоты, каждая из которыхраспространяется со своей скоростьюv). Он же изучил рассеяниеМандельштама — Бриллюэна вжидкостях и аморфных твёрдых телах(1930—1932), при котором наряду с
двумя «смещёнными» наблюдается и«несмещённая» компонента исходнойчастотыf. Теоретическое объяснениеэтого явления принадлежитЛ. Д. Ландау и Г. Плачеку (1934),показавшим, что, кроме флуктуацийплотности, необходимо учитывать ифлуктуации температуры среды.
Применение
Создание лазеров не только улучшиловозможности наблюдения рассеянияМандельштама — Бриллюэна, но ипривело к открытию так называемоговынужденного рассеянияМандельштама — Бриллюэна (ВРМБ),которое отличается большейинтенсивностью и многимикачественными особенностями.Исследования рассеянияМандельштама — Бриллюэна всочетании с другими методамипозволяют получать ценнуюинформацию о свойствахрассеивающих сред. ВРМБиспользуется для генерации мощныхгиперзвуковых волн в рядетехнических применений. Такжеприменяется в бриллюэновскойрефлектометроскопии длялокализации и измерения величинынатяжения участков оптическоговолокна.
