Поняття розсіювання світла, де відбувається.
Розсіянням світла називається явище, при якому направлений світловий пучок, що розповсюджується в середовищі, відхиляється по всіляких напрямах. Розсіяння світла як макроскопічне явище може бути обумовлено різними макроскопічними неоднорідностямі середовища.
Подібне розсіяння відбувається, наприклад, в так званих «мутних» (каламутних) середовищах - емульсіях, колоїдних розчинах, аерозолях (туман, дим) і т.д. Ці процеси описуються звичайними методами класичної оптики.
Процеси розсіювання відбуваються на молекулярному рівні в макроскопічному однорідному середовищі.
Діаграма взаємодії:
Фотон з енергією ħω, поляризацією α1 і хвильовим вектором k1 взаємодіє з системою (атомом, молекулою), що знаходиться в стані Е0, переводячи її у віртуальний стан El. Переходячи з цього нестійкого стану в початковий, система випускає фотон з енергією ħω', поляризацією α2 і хвильовим вектором к2. При цьому виконується закони збереження енергії ħω +Е = ħω'+Е' і імпульсу ħk +p = ħk'+p'.
Умова дозволеного та забороненого переходу, лабільні рівні.
Приналежність переходу до заборонених або дозволених визначається правилами відбору. Δn = 0, 1, 2, ….; Δ l = ± 1; Δ ml=0; ±1.
Перехід буде дозволений, якщо виконуються всі правила відбору. Якщо переходи дозволені в дипольному наближенні, то для них Аmn має порядок величини, 108 с-1. Відповідно час життя системи в такому стані ~ 10-8 с, якщо релаксація із збудженого стану визначається тільки спонтанними випромінювальними переходами, або < 10-8 с, якщо є інші (наприклад, безвипромінюючі) процеси спустошення рівня. Такі рівні з малими часом, життя називаються лабільними.
Якщо переходи заборонені в дипольному наближенні, тобто Dmn=0, це не означає, що вони взагалі не можуть відбутися (приклад квадрупольний, октупольний момент).
Збуджений енергетичний стан системи, для якого всі переходи в нижчі стани заборонені при електричних дипольних взаємодіях, називається метастабільним рівнем
Час життя атомів в цьому стані близько 10-3 с і більше.
Випадки комбінаційного розсіювання.
Розсіяння світла з порівняно великою зміною енергії фотона (довжини хвилі), не залежною для ізотропних середовищ від кута розсіяння, називається комбінаційним розсіянням. При комбінаційному розсіянні частоти розсіяного світла є комбінаціями (суми і різниці) частот коливань падаючої хвилі з частотами власних коливань розсіюючої системи. Енергетичні діаграми:
При комбінаційному розсіянні можуть бути два випадки:
1) енергія початкового стану (зазвичай основного стану Е0) менше енергії кінцевого (збудженого) стану (рис. 1). Такий зсув в область менших частот називається стоксовим зсувом;
2) енергія початкового стану більше енергії кінцевого стану (рис.2). Такий зсув називається антистоксовим зсувом. Інтенсивність антистоксових компонент розсіяння значною мірою визначатиметься населеністю, збудженого стану, тобто залежатиме від температури.
Визначення однорідного і неоднорідного розширення.
Розрізняють однорідне і неоднорідне розширення.
Називається однорідним, якщо лінії кожного окремого атома і системи в цілому розширюються однаково. До однорідного розширення відносяться природне розширення, розширення за рахунок процесів релаксації, зокрема зіткнень, і т.д.
Називається неоднорідним, якщо резонансні частоти окремих атомів не співпадають і розподіляються в деякій смузі частот, приводячи до розширення лінії системи в цілому при істотно меншому розширенні лінії окремих атомів. До неоднорідного розширенню відносяться допплерівське розширення, розширення за рахунок неоднорідностей середовища і т.д.