فصل سوم

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

oI

وقتی يک دسته پرتو نور از داخل ماده ای بصورت جامد ،مايع يا گاز می گذرد ،انتشار آن از

:دو طريق تحت تاثير قرار می گيرد

.شدت نور عبوری بدون توجه به نوع ماده همواره کاهش می يابد .١

.ن نسبت به فضای آزاد در ماده کاهش می يابدسرعت آ .٢

جذب نور می باشد هرچند که پراکندگی نيز ،ت کاهش شدت نورمهمترين علدربيشترمواد

. است در بعضی ديگرجزء مهمی از آن

و جذب انتخابیجذب عادی ١-٣باشد اندازه ام طول موج ها تقريبا به يک تمه شدت نور عبوری ازيک ماده برای هنگاميک

مثال برای ناحيه مريی وقتی اين پديده اتفاق می افتد که . می گويند عادی را جذبیچنين جذب

البته ماده ای .تغيير رنگی برای نور خروجی نسبت به نور ورودی به يک ماده مشاهده نشود

نازک و تيغه هر چند، شناخته نشده است، کندجذبواند تمام طول موج ها را يکسان که بت

. از پالتين تقريبا اين شرايط را برای ناحيه وسيعی از طول موجها داراسته شفاف نيم

طول موجها ترجيح بقيه درحاليکه در جذب انتخابی جذب طول موجهايی از نور بطور قطع بر

مثال يک قطعه شيشه سبزرنگ بطور انتخابی کامال ناحيه قرمز و آبی را جذب .داده می شود

. عبور می دهد خود ازه سبز را البته با شدت کمترمی کندو تنها ناحي

بعضی مواد .در نتيجه جذب انتخابی است....رنگ بيشتر اشياء طبيعی مثل نقاشی ها و گلها و

به در نتيجه، فلزاتی مانند طال و مس بعضی رنگها را با توان بيشتری بازتاب می دهندالمث

مثال يک ورقه .رای رنگهای مکمل است داینور عبوررنگ نور بازتاب ديده می شوند و

آبی -نازک طال بوسيله نور بازتاب زرد به نظر می رسد درحاليکه بوسيله نور عبوری سبز

.ديده می شود

فرق بين جذب و پراکندگی ٢-٣

دت وارد يک استوانه شيشه ای طويل که از دود پر شده است گردد با شاگر نوری با شدت

I کمتر از o Iشود می از طرف ديگر آن خارج .

٢٤

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

doeII α−=

بستگی نهايی به طول استوانه دود Iشخص دود در اينجا ملی در اين صورت برای چگا

:خواهد داشت

) ١-٣(

هرچند دراين آزمايش سهم زيادی از کاهش . می شود ناميده ال ضريب جذب معموα که درآن

در دود است شدت نور مربوط به جذب نيست بلکه مربوط به پراکندگی نور توسط ذرات معلق

آزمايش را در اتاق تاريکی انجام داد و مشاهده نمود که قسمتی از نور که به سادگی می توان

).١-٣شکل (به خارج پراکنده شده و جذب ذرات نمی شودانه ورودی از ديواره جانبی استو

پراکندگی نور بوسيله ذرات موجود در دود: ١-٣ل شک

و از د αدر حالت کلی می توان گفت . واقعا ضريب جذب نيست αبنابراين برای اين آزمايش

:بخش تشکيل شده است يعنی

) ٢-٣ ( Sa ααα +=

a

. ضريب پراکندگی می باشدSα ضريب جذب حقيقی و αکه درآن

خواهد شد٣-١بنابراين رابطه

) ٣-٣( ])(exp[ dII Sao αα +−=

a در مقابل ديگری صرف نظر کرد،اما توجه به Sαيا αدر بسياری از موارد ممکن است از

.اين دو اثر همواره با يکديگر وجود دارنداين نکته مهم است که

٢٥

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

o

محيط نارسانا ٣ -٣

پاسخ مواد دی الکتريک يا نارسانا به ميدانهای الکترو مغناطيسی ،از اهميت زيادی

در ناحيه همسانگرد و همگن ) ريکتدی الک(اثر کلی وارد کردن يک نارسانا .برخوردار است

اکسول می م در معادالت µا بoµو εا بεر تغييای از مسير امواج الکترومغناطيسی باعث

:گردد در نتيجه سرعت فاز موج الکترو مغناطيس در چنين محيطی خواهد بود

)٣-۴ ( εµ1

=V

همانطور که می دانيم نسبت سرعت موج الکترو مغناطيسی در خأل به سرعت آن در ماده را

: ضريب شکست مطلق می نامند يعنی

) ٣-۵ ( RRooV

Cn µεµεεµ

===

RεR

به جز .تراوايی نسبی مغناطيسی محيط است µ گذردهی نسبی الکتريکی وکه درآن

ثر مواد از خاصيت مغناطيسی ضعيفی برخوردارند اما هيچ يک واقعا کا ،مواد فرومغناطيسی

از يک 10ز برای چنين موردی معموال بيش اRµيستند،با اين وجود غير مغناطيسی ن

کوچکتر يا بزرگتر نيستند بنابراين می توان

4−

1=Rµ حتی برای موا فرو مغناطيسی در رابطه

: جايگزين کرد يعنی ) ۵-٣(باال

)٣-۶ ( Rn ε=

R

. ثابت دی الکتريک ماده استεکه درآن

درست ...تجربه نشان می دهد که اين رابطه تنها برای چند گاز ساده مثل هوا،هيدروژن،هليم و

بستگی ضريب شکست . به فرکانس بستگی داردnن است که در بيشتر مواد اشکال دراي.است

ضريب شکست آن کهدرواقع محيطی را .می شودناميده اثری است که پاشندگی ،به فرکانس

ک محيط پاشنده برای نور سفيد مثال شيشه ي.به فرکانس بستگی دارد را محيط پاشنده می نامند

.است

٢٦

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

)(P

پاشندگی ۴-٣

ان الکتريکی از خارج بر يک دی الکتريک اثر کند ،توزيع بار در داخل آن را تغيير وقتی ميد

می دهد يعنی ميدان خارجی بارهای مثبت و منفی را در د اخل ماده ازهم جدا می کند يا به

اين خودو عالوه بر ميدان خارجی ، گشتاور دوقطبی الکتريکی می نمايدعبارت ديگر توليد

گشتاور دو قطبی برايند در واحد . درداخل دی الکتريک بوجود می آورند ميدانی نيزتغييرات

حجم را قطبش الکتريکی r

P مواد درردا موربيشت . می نامندr

E و r

EEP Roo

باهم متناسب وبا

:رابطه زير به هم مربوط می شوندrrr

)1()( −=−= εεεε )٧-٣ (

درواقع مولکولها تحت تاثير ميدان الکتريکی قرار می گيرند و با چرخش خود را با ميدان

خارجی دريک خط قرار می دهند اما اين مولکولها نسبتا بزرگ هستند و دارای گشتاور

ای می باشند در نتيجه در مقابل ميدان الکتريکی يک موج اينرسی قابل مالحظه

و از زمان را دنبال کنند الکترومغناطيسی،با فرکانس باال نمی توانند تغييرات ميدان با

P ردمشارکت آنها r

در مقابل . بطور محسوسی کاهش خواهد يافت Rεکاسته خواهد شد و

ميدان )باالی نوریونها اينرسی کمی دارند و می توانند حتی در فرکانس های الکتر

خواهد داشت را دنبال کنند در نتيجه قطبش الکتريکی در فرکانس های مختلف مقادير مختلفی

می توان عبارتی برحسب . فرکانس می گردد به شکست ضريب وابستگی اين باعث که

. بدست آوردn(ω) ای که در داخل ماده در حد اتمی اتفاق می افتد برآنچه

)1014 Hz

xm oe2ω−

)(tE

که تيک االس نيروی الکترونها بوسيلهترينينفرض کنيد الکترونهای ظرفيت يا بيرو

ها يا ملکولهای اتم بهحالت تعادل متناسب است،نسبت به xبا جابجايی الکترونها در وضعيت

- میداشته کالسيکوا اتم يا ملکول شبيه يک نوسانگريعنی ودشان وابسته باشند،مربوط به خ

باشد که بوسيله ميدان الکتريکی متناوب r

اعمال شده رانده x که فرض می کنيم در امتدا ،

سط ای با بار منفی که تو هنين نوسانگری تشکيل شده از اليهيعنی تصور کنيد که چ ،شودمی

:ساکن متصل شده است در نتيجهفنرهای يکسانی به يک هسته با بار مثبت

)٨-٣ ( teEteEFe ωcos)( o==

: خواهيم داشتxو از قانون دوم نيوتن در راستای

٢٧

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

)٩-٣( 2

22

dtxdmxmtCos eoeo =− ωω

o

eE

ω فرکانس زاويه ای طبيعی نوسانگر فرض شده است،که فرکانس نوسانی سيستم تحريک

:با توجه به شرايط می توانيم حدس بزنيم که جواب معادله به شکل زيراست.نشده است

)١٠-٣ ( tCosxtx ωo=)(

: خواهيم داشت) ٩-٣(با قرار دادن اين جواب در معادله

tCosEm

etx ooe

ωωω )(

)( 22 −= )١١-٣ (

:يا

)١٢-٣ ( )()(

)( 22 tEm

etxoe ωω −

=

o

نوسانگر الکترونی با فرکانس طبيعی خود يا فرکانس تشديد Feبدون وجود نيروی الکتريکی

ωارتعاش می کند اما در حضور ميدان وقتی که فرکانس آن کمتر ازoω و باشد

.عالمت خواهند بود يعنی بار می تواند نيروی اعمال شده را دنبال کند يا با آن هم فاز استهم

)t)(tx

o

(E

ωω⟩)(tEاما به ازای

NexP =

١٨٠ °آن با خواهد بود يعنی در راستای مخالف x(t) جابجايی

ضرب بار در جابجايی آن و اگر گشتاور دو قطبی سيستم برابر با حاصل .اختالف فاز داردN الکترون ظرفيتی در واحد حجم وجود داشته باشد قطبش الکتريکی يا چگالی گشتاور

:دوقطبی برابر می شود با

)١٣-٣ (

: و يا

)١-٣۴ ( )( 22

2

ωω −=

oemNEeP

:خواهيم داشت) ٧-٣(و از معادله

٢٨

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

)١-٣۵ ( )()(

)(22

2

ωωεεε

−+=+=

oe

oom

NetEtP

:يعنی ) ۶-٣ (با بکار بردن رابطه

o

R εn εε ==2

:که معادله پاشندگی ناميده می شود د رسيω بصورت تابعی از n به عبارتی برایانمی تو

)١-٣۶ ( )1(1)( 22

22

ωωεω

−+=

oeomNe

oj

n

نوسانگر که هريک با fjز تشکيل شده ادر حالت کلی تر می توان فرض کرد که هر ملکول

باشد در اين Nنوسان می کنند و تعداد ملکولها در واحد حجم ωفرکانس های طبيعی

:صورت

∑ −+=

j oj

j

e

fm

Nen )(1)( 22

22

ωωεω

o

oj

)١٧-٣ (

اين نتيجه مشابه نتيجه ای است که از مکانيک کوانتومی بدست می آيد با اين تفاوت که تفسير

فرکانس مشخصه ای خواهند بود ωبه اين ترتيب که.اجزاء رابطه قدری متفاوت خواهند بود

صدق می که در شرايطfj∑ . ه درآن يک اتم می تواند انرژی تابش يا جذب کندک

f∑ کنند،ضرايب وزنی ناميده می شوند،همچنين از آنجاييکه

1=∑ jf

j معياری برای احتمال وقوع يک

.گذار اتمی هستند ،احتماالت گذاری نيز ناميده می شوند

فواصل بين اتمی ) اتمسفر١٠٣تقريبا (گازها در فشارهای زياد در جامدات و مايعات و حتی

در اين . است) STP(ده بار کمتر از فواصل بين اتمی دريک گاز در دما و فشار استاندارد

ی را شبرهم کنشهای دوجانبه و قوی دارند و در نتيجه يک نيروی مالحالت اتم ها و مولکولها

در نوسانگرها و اتالف انرژی آنها درون ميرايی د يککه باعث می شو نيز تحمل می کنند ،

ماده به شکل گرما رخ دهد يعنی قسمتی از انرژی جذب می شود در نتيجه الزم است در

: نيرويی ميرا کننده متناسب با سرعت وارد کنيم ،معادله حرکت

) ١٨-٣ (2

22

dtxdmxm

dtdxmtCos eoeeo =−− ωγωeE

٢٩

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

:که در اين حالت معادله پاشندگی به شکل زير درخواهد آمد

) ١٩-٣ ( ∑ +−+=

j joj

j

eo if

mNen

ωγωωεω 22

22 1)(

از طرف ديگر در مواد چگال هر اتم عالوه بر ميدان خارجی تحت تاثير ميدان القايی داخلی

، ميدان ديگری E(t) ه بر ميدان اعمال شد يعنی عالوه ،گيردی از اتم های ديگر قرار می ناش

برابر o

tPε3

:بدون اينکه وارد جزئيات شويم می توان نشان داد که . را نيز احساس می کند )(

) ٢٠-٣ ( ∑ +−=

+−

j joj

j

eo if

mNe

nn

ωγωωε 22

2

2

2

321

22 ωω ⟩⟩ojωγωω joj ⟩⟩− 22

ات و جامدات بی رنگ وشفاف دارای فرکانس طبيعی در خارج از ناحيه مريی گازها و مايع

طبيعی موثر در ناحيه ماورا بنفش هستند در یفرکانس هامی باشند مثال شيشه ها دارای

را ٢٠-٣خواهد بود و ميتوان معادله است در نتيجه حالتهايی که

: صورت زير بکار بردب

)٢١-٣ ( ∑=+−

2

2

2

2

321

oj

j

eo

fm

Nenn

ωε

22 ωω ⟩⟩oj

زيرا در شيشه . ثابت خواهد بود ، اين ناحيه طيفیکه معنی آن اين است که ضريب شکست در

برابر ۵ وجود دارند که تقريبا نانومتر١٠٠ در حدود طول موج ،ها فرکانس های طبيعی -

زياد می شود،به ωاما هرچه . است فرکانس متوسط ناحيه مريی است و در نتيجه

ojω نزديکتر شود n بتدريج متناسب با فرکانس افزايش می يابد اين پديده را پاشندگی عادی

به فرکانس طبيعی نزديک می شود ω بنفش ،بتدريج کهی ماورادر ناحيه.می نامند) ار بهنج(

تشديد نوسانگرها آغاز خواهد شد و دامنه نوسان آنها بتدريج افزايش خواهد يافت و اين عمل با

ωω در،ميرايی و جذب شديد انرژی موج فرودی همراه خواهدبود =oj جمله ميرا کننده در

لب خواهد شد که فرکانس های گرداگرد غا٢٠-٣ معادلهojω نوارهای جذب ناميده می شوند،

ωddnدر اين صورت می ) نابهنجار( منفی خواهد بود و فرايند را پاشندگی غيرعادی /

nصورت باشد درآن ojω جمالتاگر فرکانس محرک بيشتر از هريک از.نامند 2 و 1>

٣٠

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- 1<n ای يک باريکه پرتوهای مثال وقتی روی صفحه شيشه.خواهد بود x تابانيده شودچنين

. )٢-٣شکل ( شود V > Cحالتی پيش می آيد و منجر می شود که

تغييرات ضريب شکست بر حسب فرکانس :٢-٣کل ش

)Rayleigh(پراکندگی رايلی ۵-٣

وقتی يک اتم که در حالت پايه قرار دارد يک فوتون را جذب می کند به يک حالت برانگيخته

اين اتم در محيط چگال وقتی به حالت پايه برمی گردد انرژی دريافتی را به شکل .می رود

ازهای رقيق اتم معموال با تابش يک فوتون به حالت پايه برمی گردد که در گ.گرما پس می دهد

.اين اثر را تابش تشديدی می نامند

در مورد گازهايی با چگالی کم ،که بر همکنشهای بين اتمی قابل چشم پوشی است جذب کم

ه بتدريج که فرکانس تحريک ب اهميت خواهد بود و موجی که بازتابيده يا پراکنده می شود،

ان در ممثال رنگ آبی آس.بيشتری را با خود حمل خواهد کرد تشديد نزديک می شود،انرژی

.زيرا هرچه فرکانس نور بيشتر باشد بيشتر پراکنده می شود.اثر پراکندگی رخ می دهد

به همين .رايلی اولين کسی بود که وابستگی شدت موج پراکنده شده را به فرکانس مطرح کرد

ر بوسيله اجسامی که در مقايسه با طول موج کوچک هستند پراکندگی رايلی دليل پراکندگی نو

ملکولهای محيطهای شفاف چگال،بصورت گاز يا جامد و يا مايع به روشی .ناميده می شود

.مشابه عمدتا نور آبی را ولو بطور ضعيف پراکنده می کنند

٣١

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

اد آنها کوچکتر از طول دودی که از سيگار روشن جدا می شود از ذراتی درست شده که ابع

کنيم به آن نگاه می تاريک زمينه که در مقابل يک همين جهت وقتی موج نور است و به

،آبی ديده می شود وقتی ابعاد ذرات در مقايسه با طول موج نور کوچک باشد شدت نور

4پراکنده شده از رابطه 1λ

∝SIبه دست می آيد .

د و شکستیمفهوم ۶-٣ قطبی شدن يا پالريزاسيون نور ١-۶-٣

ست وجی ذره اي ه م ور دارای خاصيت دو گان د ن اره ش صل دوم اش ه در ف انطور ک در . هم

شان می های پديده ر ذره ای از خود ن اده اث ا م رهمکنش ب ور خواص موجی ودر ب شار ن انت

ان می . دهد اطيس بي ه الکترومغن وری نظري واج ن د ام ند، کن واج عرضی می باش وع ام ازن

ور می شار ن ر راستای انت ود ب سی عم يعنی جهت بردارهای نوسان کننده الکتريکی و مغناطي

مثال چشمه های امواج راديويی وجود و اما تفاوتی بين چشمه های متداول نور مرئی . باشند

ی ا . دارد ا از يکديگر به اين ترتيب که در ناحيه مرئی ، رفتار تابشگرها يعن ا ملکوله ا ي م ه ت

نوری که از اين چشمه ها در يک جهت معين منتشر می شود از قطارهای موج . مستقل است

ا ا ش آنه ده (مستقلی تشکيل شده است که صفحا ت ارتع ردار نوسان کنن ه شامل ب صفحه ای ک

صادفی دارد ) الکتريکی و راستای انتشار است امال ت ع ک وری چ.حول محور انتشار توزي ين ن ن

گرچه عرضی است اما تغيير جهت صفحات ارتعا ش . را نور طبيعی يا غير پالريزه می نامند

د ی کن ان م را پنه ی آن ت عرض ه .در آن طبيع اطيس در ناحي واج الکترومغن ل ام ا درمقاب ام

تن ب ايين رف اال وپ ع از ب و در واق ا راديويی يا ما کروي تن ار الکتريکی درون يک دو قطبی ي آن

زه خطی هستند . نده بوجود می آيند فرست ا پال ري زه در صفحه ي واج پالري در نتيجه اين ام

ده وراستای ا دان الکتريکی نوسان کنن ردار مي واره راستای ب شا ر در يک صفحه يعنی هم نت

تن .)٣-٣شکل (قرار می گيرند د آن ده باي تن گيرن بهمين دليل برای دريافت اين امواج توسط آن

ت ب رد در جه رار گي ور . خصوصی ق ن منظ رای اي ود ب زه نم وان پالري م ميت ورمرئی را ه ن

ی ور طبيع ه ارتعاشات ن رد ک وان تصور ک ه دو م راميت ر ب ود اگ ه عم يم ولف ه کن م تجزي ر ه ب

. خواهند بود خطیهريک از آنها پالريزه از هم جدا کنيم، ایوسپس اين دو مولفه را بوسيله

٣٢

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

ده ن منظور از پدي رای اي ا را ه ب ه ه ثال يکی از مولف رد م تفاده ک وان اس وری ميت ای مختلف ن

رد ذب ک د را ج ی کن ور م ور از آن عب ه ن ی ک يله محيط ذ ب ( بوس يله ج ردن بوس زه ک پالري

ابی ری را) انتخ ور داد از آنوديگ ست ، عب يله شک ه بوس ا اينک ه وي ه در جه دوگان ور ک ت ا ن

دا نم ی را ا .ودمختلف انجام می شود آنها را از يکديگر ج ين عمل ن چن ه اي ام دستگاههايی ک نج

پالريزه يا ونوری که به اين ترتيب بدست می آيد نور قطبی شده ورميدهد قطبی کننده يا پالريز

.می گويند

نمايش يک موج پالريزه در صفحه يا پالريزه خطی: ٣-٣شکل

زه : يک موج پالريزه خطی ب : الف :۴-٣شکل ادی قطار موج پالري دادی زي ه از ترکيب تع ور طبيعی ک ن

روش ديگری برای نمايش يک پرتو طبيعی : بوجود آمده است ج

٣٣

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- انه وبلورهای مثبت ومنفی پالريزاسيون بوسيله شکست دوگ ٢-۶-٣

ور ) Batolinas( بارتولينوس ١۶۶٩در سال و ن سيت کشف کرد اگر يک دسته پرت ور کل ه بل ب

)CO3Ca (ته پ،دابتب د دو دس ی آي ود م ی بوج و خروج وي . رت دا ه ور نگ بع ده را بط ن پدي س اي

رد ه ک ده شکست دو .کاملتری بررسی نمود ه وبخشی از آنرا توجي ی بررسی کامل پدي ه ول گان

سيت . انجام گرديد استفاده ازنظريه الکترومغناطيسی با بعدها بوسيله فرنل و د کل بلورهايی مانن

روپ د آنيزوت ی ده ا رخ م ه در آنه ه شکست دوگان ی )(Anisotrop ک ستند يعن سان ه ا ناهم ي

. جهتهای مختلف يکسان نيست اگر چه اين بلورها همگن هستند درسرعت نور درآنها

ا لورها دو نوع موج ثانوی هويگ اين ب در نس از هر سطح موج منتشر می شود، که يکی از آنه

م مماس می شوند .کروی وديگری بيضوی است ر ه در يک امتداد خاص اين دو سطح موج ب

د ور گوين ه از نقطه ۵-٣شکل . که آنرا محور اپتيکی بل انوی هويگنس را ک واج ث داخل O ام

شان ود را ن شر می ش ور منت ديک بل د حول . ميده ل شکل را باي وج کام افتن سطح م رای ي ب

ور است 'AOA امتداد خط . دوران داد 'AAمحور ه محور ( محور اپتيکی بل د توجه داشت ک باي

باشد 'AOA اپتيکی در يک بلور يک امتداد است و نه يک خط يعنی هر خط ديگری که موازی

.)نيز يک محور اپتيکی است

سطوح موج کروی وبيضوی ومحور اپتيکی يک بلور: ۵-٣شکل

٣٤

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

وشعاع شعاع عادی مربوط به سطوح موج کروی شعاع موج،در يک بلور شکست دو گانه

ر عادی نام ده موج مربوط به سطوح موج بيضوی شعاع غي ابش . ند می شو ي ای ت رای زاواي ب

ر هغي ی،صفر درج نل يعن انون اس const: قSinSin

=2

1

θθ

n

رای ی ب رار است ول ادی برق عاع ع ش

ه سرعت شعاع د ک ان می کن برای شعاع غير عادی صادق نيست زيرا سطح موج بيضوی بي

ابعی . مختلف متفاوت است هایغير عادی نور در امتداد در نتيجه ضريب شکست غير عادی ت

ر محور اپتيکی معمو.از امتداد شعاع است ود ب داد عم را در امت ه ضريب شکست آن ل است ک

ا حداقل است ،بلوردرنظر می گيرند ور دارای دو . که درآن جهت سرعت حداکثر ي ابراين بل بن

one : می باشد يعنی) (وضريب شکست ) (نوع ضريب شکست عادی

) ٢٢-٣ ( e

e Vn =

C , o

o VCn =

0⟩

يا اگر oe nn ⟩− oe nn0⟨ oe يا باشد بلور را مثبت و اگر nn ⟨− oe nn

o V

ور را منفی باشد بل

Vراستای محوری اپتيکی بلوردر(گويند e= می باشد ودرنتيجه(. oe nn =

بلور مثبت :بلور منفی ب: الف: ۶-٣شکل

٣٥

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

دادهای تجربيات نشان ميدهند که امواج عادی وغيرعادی در يک بلور با شکست دوگانه در امت

وان از ه روشهای مختلف ميت ا ب اد کردن فاصله آنه عمود بر هم پالريزه خطی هستند که با زي

:بعضی از اين روشها به ترتيب زيرند. هريک بعنوان نور پالريزه خطی استفاده نمود

توان کاری کرد که يکی از شعاعها انعکا س کلی در داخل پيداکند ومنحرف شود در مي .١

.حاليکه ديگری بدون انحراف منتشر شود

د .٢ ه ان تفاده ،دو شعاع را در فاصله کافی که به اندازه دلخواه از هم فاصله گرفت ورد اس م

.قرار داد

.يکی از شعاعها در محيط جذب شده وديگری عبور می کند .٣

ه هستند عالو ه بر بلورها مواد غير بلوری هم وجود دارند که دارای خاصيت شکست دوگان

وا . تمانند پوسته سبزيجات وپوست حيوانا وری همچنين شکست دو گانه در م ه تحت د غيربل ک

ازک ه ای ن ثال اگر قطع شود م فشار مکانيکی در يک جهت خاص قرار بگيرند نيز مشاهده مي

. در آن شکست دوگانه رخ دهد نيروی کشش وزنه ای قرار گرفته باشداز شيشه که تحت تاثير

دان الکتريکی د اگر در مي شان ميدهن باالخره موادی مانند نيتروبنزن خاصيت شکست دوگانه ن

.قرار گيرند) موتون -اثر کوتون ( ويا ميدان مغناطيسی )اثرکر(

ور تک محور د يک بل رد مانن رار گي دان الکتريکی ق اده عايق در مي در اثر کر اگر يک م

دان الکتريکی ع مي دان الکتريکی است در واق وازی مي ه محور اپتيکی آن م د ک عمل می کن

. شود به آنيزوترپ تبديل پاده ايزوترباعث می شود که م

دان مغن -در اثر کوتون ايعی درمي ز اگرم ون ني د بلورتک موت رد مانن سی يکنواخت قرارگي اطي

. محورعمل می کند که محور اپتيکی آن در جهت ميدان مغناطيسی است

ی روشهای ه است ول تفاده از شکست دو گان ور اس زه کردن ن رين روش پالري ه بهت هر چند ک

وا . ديگری نيز وجود دارد که در مورد آنها در اينجا بحث نمی کنيم ور عالوه بر اينکه ميت ن ن

.را بصورت خطی پالريزه نمود انواع ديگری برای پالريزه وجود دارند

٣٦

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- پالريزه دايره ای ٧-٣

ان ا زم در اين نور پالريزه با آنکه دامنه ميدان الکتريکی مقدار ثابتی دارد ولی راستای آن ب

فحه ن ک ص ه ي دود ب ت آن مح ی حرک زه خط ور پالري د ن ر مانن د وديگ ی کن ر م ستتغيي . ي

ال ه چشمه موج می نگرد درح ه ب اظری ک دان الکتريکی از نظر ن ه مي اگرحرکت برداردامن

ه ه ایهچرخش در جهت عقرب انس زاوي ا فرک زه ωای ساعت ب وجی را پالري ين م د چن باش

ک ي Eدايره ای راست گويند زيرا همچنانکه موج به اندازه يک طول موج پيش می رود بردار

د ی چرخ اعت م ای س ه ه شار در جهت عقرب ور انت ول مح ل ح ر .دوره کام ين اگ در Eهمچن

ره زه داي ن موج را پالري د خالف جهت عقربه های ساعت دوران کند اي يک . ای چپ می نامن

ه های ا دامن موج پالريزه خطی را ميتوان از ترکيب دو موج پالريزه دايره ای راست وچپ ب

:ا معادله موج پالريزه راست ميتواند بصورت زير. مساوی بدست آورد

) ٢٣-٣ ()(ˆ)(ˆ1 tKzSinEjtKzCosEiE oo ωω −+−=r

:و موج پالريزه چپ نيز با معادله

)٢-٣۴ ()t(ˆ)(ˆ2 KzSinEjtKzCosEiE oo ωω −−−=r

:باشد و ترکيب آنها

)٢-٣۵ ()t(ˆ221 KzCosEiEEE o ω−=+=rrr

.خواهد شد که يک موج پالريزه خطی است

پالريزه بيضی وار ٨-٣

ای وان حالته ره ای را ميت ور خطی و داي ود ن ی ش وط م ه توصيف رياضی مرب ه ب ا آنجائيک ت

هم بردار ميدان الکتريکی خواهد چرخيد و هم حالتی که پالريزه بيضی وار دانست يعنی خاص

.دامنه اش تغيير خواهد کرد

ايی ر Ē به عبارت ديگر نقطه انته ود ب شار موج (k در صفحه ای عم يک بيضی ) راستای انت

: اگر فرض کنيم يعنی، بوجود می آورد

٣٧

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

)( tKzCosEE oxx )٢-٣۶( ω−=

)( tKzSinEE oyy

)٢٧-٣( ω−=

)٢٨-٣( 12

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ox

x

oy

y

EE

EE

oxoy EEE

== : خواهيم داشت oکه اين معادله يک بيضی است که به ازای

)٢٩-٣( 222oxy EEE =+

: که يک دايره است اگر

)٣٠-٣ ( xox

oy Ey EE

E ±=

. خط راست خواهند بود يعنی نور پالريزه خطی است،اين دو

نور پالريزه بيضی وار: ٧-٣ شکل

٣٨

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- )Zeeman effect( اثر زيمان ٩-٣

وی ١٨٩۶در سال ای الکتريکی ق ای آهنرب ين قطبه زيمان کشف کرد که اگر شعله سديم در ب

قرارگيرد دو خط زرد بطور قابل مالحظه ای پهن می شوند پس از مدت کوتاهی لورنتس يک

وازات ه م ه هر خط طيف وقتی ب ن ترتيب ک ه اي ود ب تئوری ساده برای اين مشاهدات ارائه نم

سی خطوط دان مغناطي ر مي ميدان مغناطيسی مشاهده می شوند بايد به دو مولفه و وقتی عمود ب

دان (مشاهده گردد بايد به سه مولفه شکافته شود همچنين در راستای طولی وازی مي خطوط ) م

شکافته شده طيف پالريزه دايره ای هستند در حاليکه در راستای عرضی خطوط شکافته شده

ان طيف پالريزه خطی ايج توسط زيم ن نت شرفت شرايط تجربی اي ا پي ند ب ستون - می باش پري

.ضی طيف های خطی اثبات شدندعديگران برای ب

آزمايش اثر زيمان: ٨-٣ شکل

دند ه ش وری در نظر گرفت ن ب . در تئوری لورنتس الکترونها در ماده مسئول تابش امواج ن ه اي

م در دار دايرهای حول هسته در حال حرکت باشد وات رون در م ترتيب اگر فرض شود الکت

رد Bميدان مغناطيسی خارجی رار گي رون است ق ر صفحه حرکت الکت رون ، که عمود ب الکت

ره مسير آن دون آنکه شعاع داي د ب ا کاهش ده زايش ي سی اف دان مغناطي بايد سرعتش را در مي

. ديناميکی حفظ گرددتغيير کند تا تعادل

٣٩

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

CF =

mrFF BC =±

ولنی است روی ک سی ني دان مغناطي اب مي سته در غي رون حول ه ره ای الکت ل حرکت داي عام

: يعنی

)٣١-٣ ( 2omrω

: شعاع دايره مسيرآن است r جرم الکترون و mکه در آن

وقتی اتم در ميدان مغناطيسی خارجی قرار می گيرد عالوه بر نيروی کولنی نيروی مغناطيسی

:عمود بر راستای حرکت الکترون به آن اعمال می شود در نتيجه

)٣٢-٣ (

2ω

سی دارد ( دان مغناطي ت مي ه جه ستگی ب ی ب ت و منف ت مثب ه ) عالم ود ک ی ش ث م ی باع يعن

.تغيير کند بدون آنکه شعاع دايره مسير تغيير کرده باشدω بهoωفرکانس زاويه ای چرخش از

Bاز آنجائيکه ميدان مغناطيسی r

:بر صفحه حرکت الکترون عمود است و با استفاده از رابطه

)٣٣-٣ ( BVqFB

rrr×=

ereVBFB

:خواهيم داشت

)٣-٣۴ ( Bω==

CBF

2ω mreVBmr o =±

Bermrmr o ωωω ±=− 22

F :خواهيم داشت ) ٣-٣٢( در معادله وو با جا گذاری

)٣-٣۵( 2ω

)٣-٣۶(

mBe

oωωω ±=− 22 )٣٧-٣(

mBe

ooωωωωω ±=−+ ))( )٣٧-٣( (

oωωω :ض کرد کوچک است ميتوان فر يعنی oωوωچون اختالف بين −=∆

)٣٩-٣( ωωω 2≈+ o

:در نتيجه

) ٣-۴٠ ( m

Beωωω ±≈∆2

٤٠

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

meB2

±≈∆ω )٣-۴١ (

: ويا

) ٣-۴٢ ( m

eBπ

γ4

±=∆

o

و د ی دريعن ی ش کافته م ط ش ه خ ه س ی ب ط طيف ک خ ر عرضی ي ور ، اث انس ن ر فرک γ اگ

د γγ و oγ و خطوط باش ∆−o γγ ∆+o و ی ش شاهد ه م ولیند و در م γγ اثرط ∆+o و

γγ ∆−o مشاهده خواهند شد.

شاهده می ر م ن اث د اي أثير می کن سی روی خطوط طيف ت دان مغناطي بطور خالصه وقتی مي

سی دارد دان مغناطي ور در راستای ،گردد که نتايج بستگی به راستای مي ع ن ه منب ی وقتی ک يعن

γγ در اين راستا فقط ) اثر طولی (اطيسی مشاهده می شود خطوط ميدان مغن ∆+o و γγ ∆−o

o

انس ا چپ هستند وفرک شاهده نيست γ مشاهد ه می شود که پالريزه دايره ای راست ي ل م قاب

.زيرا راستای ميدان الکتريکی آن موازی ميدان مغناطيسی است

اثر استارک ١٠-٣

رد درسال چند سال بعد از اينکه زيمان شکافتگی خطوط طيف در ميدان مغناطيسی را کشف ک

تحريک شود استارک مشاهده کرد وقتی اتم هيدروژن در يک ميدان الکتريکی خارجی ١٩١٣

) ( ~100 kV/cm ارن شکافته می شود ه دو .هر خط طيف به صورت متق ز ب ر استارک ني اث

ا بصورت خطی شکل ه ه ر عرضی بعضی مؤلف ود در اث شاهد ش د م عرضی وطولی ميتوان

دان الکتريکی خارجی وازی مي دان الکتريکی م ردار مي پالريزه می شوند که بعضی از آنها ب

ود ودر بعضی ميدان الکتريکی عمود بر ميدان خارجی است در اثر طولی تنها مؤلفه های عم

د ميدان الکتريکی بر راستای ميد زه ظاهر خواهن ان الکتريکی خارجی نور معمولی غيره پالري

.شد

ا مطرح ه در اينج ل بررسی است ک ومی قاب ق مکانيک کوانت تئوری اثر استارک فقط از طري

.نمی شود

٤١

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

R

Ln

فعاليت نوری ١١-٣

ه ١٨١١در سال آرگو فيزيکدان فرانسوی برای اولين بار پديده ای را مشاهده کرد که امروز ب

و ت ن تای فعالي زه خطی در راس ور پالري ه ن ی يک باريک رد وقت شهور است او کشف ک ری م

محور نوری يک صفحۀ کوارتز منتشر می شود صفحه ارتعاش آن چرخشی پيوسته پيدا خواهد

رد و.ک ان بي ان زم ا در هم واد (Bio)تقريب ايع بعضی م ار وم ا بخ ار ب ام ک ده را هنگ ين پدي هم

رد شاهده ک ی م اده ای از. طبيع ر م دان ه ود مي ی ش ه باعث م وع ک ن ن وج تخت E اي يک م

د ،پالريزه خطی بچرخد می گويند فعاليت نوری دارد اظر باي و دريافت ن بعالوه همانطور که بي

د دا کن م ج ام نگ .چرخش راستگرد و چپگرد را از ه ه اگر در هنگ داد چشمه ب اه کردن در امت

ا ارتعاش در جهت عقربه های ساعت چ صفحهرسد که ب نظر اده را راستگرد ي ن م -dرخيده اي

.گردان می نامند -Lعکس ماده را چپگرد يا گردان ناميده می شود وبه

ال ل در س وری را ١٨٢۵فرن ت ن ده از فعالي ده يک اي ی پدي ازوکار واقع ه س ه ب دون مراجع ب

زه ره داي پيشنهاد کرد با توجه به اينکه يک موج پالريزه خطی را ميتوان ترکيب دو موج پالري

ا سرعت ،ای راست وچپ در نظر گرفت ره ای ب زه داي او در نظر گرفت که اين دو نور پالري

ال دو شکستی ،های مختلف در اين نوع مواد منتشر می شوند اده فع اده خاصيت يک م يعنی م

د ی ده شان م ره ای را ن ی دارای دو ضريب شکست ،داي رایn يعن ره ب زه داي ور پالري ای ن

تگرد ت وراس رد اس ره ای چپگ زه داي ور پالري رای ن رخش . ب ۀ چ ه زاوي در βدر نتيج

: باشد از رابطهdمحيطی که ضخامت آن

)٣-۴٣ ( )Rn( Lo

nd−=

λπβ

L nn >R nn >

اده گردان و اگر -dماده مثبت باشد يا βبدست می آيد که اگر ردان -L م گ

دراين رابطه .خواهد بود

RL

oλ طول موج نوردرهوا يا خالء است β اده می ردان م وان گ را ت

: برکه برامی کنند نامند وازآنجا توان گردان ويژه را تعريف

)( RLo

nnd

−=λπβ )٣-۴۴(

د ه دارن م خاصيت شکست دوگان وری وه م دارای خاصيت فعاليت ن بلورهايی مانند کوارتز ه

ين می رود وفعاليت ه از ب وری اگر عمود بر محور تراش داده شوند خاصيت شکست دو گان ن

ين می وری از ب راش داده شوند فعاليت ن باقی می ماند ولی بعکس اگر تيغه در امتداد محور ت

٤٢

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

د ی مان اقی م ه ب ست دو گان ر . رود خاصيت شک ه از نظ ز ک ری ني ستی ديگ ای دو شک بلوره

ل ) و محور يک محور يا د (نوری فعال هستند وری NaClO3 نيز وجود دارند در مقاب از لحاظ ن

د . ولی دوشکستی نيست فعال است ر می کن شان تغيي ه غلظت اگر . توان گردان محلولها نسبت ب

رد چون ابعی β نمونه تحت تابش نور سفيد قرار گي ه شده در oλ از ت ور تجزي ای ن است رنگه

.خروج ظاهر می گردند د که اين پديده را پاشندگی گردان می نامند

پتيک مگنتو ااراث ١٢-٣

ا ه در آنه شات اپتيکی ک ته ای از آزماي سیدس دان مغناطي ه بکار مي و مگنتار اث، می شودگرفت

: عبارتند ازاراپتيک ناميده می شوند اين اث

اثر زيمان .١

اثر معکوس زيمان .٢

ويتاثر .٣

موتون -اثر کوتون .۴

اثر فارادی .۵

اثر کر .۶

ه موتون شرح داده شده است -قبال اثر زيمان و کوتون بنابراين در اينجا ابتدا بطور مختصر ب

د ر بررسی خواهن ر ک اثر معکوس زيمان و اثر ويت خواهيم پرداخت سپس اثر فارادی و اث

د صوص ،ش ی بخ و اپتيک ای مگنت ی ه ر در بررس ن دو اث ا از اي را غالب رای زي رو ب واد ف م

.مغناطيسی استفاده می شود

اثر معکوس زيمان ١-١٢-٣

دان وقتی ن سی ور سفيد از داخل بخار ماده ای که در يک مي ه می مغناطي رار گرفت يکنواخت ق

سی دان مغناطي اب مي اده در غي شديد م ن oγگذرد و فرکانس طبيعی ت ور خروجی اي باشد در ن

اريکی ،فرکانس ه جذب بخار شده و اثرآن در طيف خروجی نوار ت ده است ک ه دي ن ناحي در اي

٤٣

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- ان . ی شود م ر زيم بصورت ) طولی وعرضی (اما در حضور ميدان مغناطيسی مؤلفه های اث

. تاريکی در طيف مشاهده خواهند شد هاینوار

يا اثر مغناطيسی دو شکستی ) Voigt effect(اثر ويت ٢-١٢-٣

اده يک ويت کشف کرد وقتی در يک ميدان مغناطيسی قوی از بخار ١٩٢٠در سال وری ، م ن

ر . بخار دو شکستی خواهد شد . مود بر ميدان مغناطيسی عبور می کند ع اين اثر در رابطه با اث

ان رابطه دارد ،عرضی زيمان است همانطور که خواهيم ديد ه . اثر فارادی با اثر طولی زيم ب

دان مغ oγاين ترتيب که اگر بخار دارای فرکانس تشديد سی خارجی باشد وقتی بخار درمي ناطي

2γ و1γ,oγ به سه فرکانس شکافته می شودقرارمی گيرد oγ

سهای ا ضريب شکست بخار ب و 1γ وضريب شکست بخار برای فرکان اوت ب رای متف 2γoγ

ه د ک شان می ده است دراينجا بخار خاصيت دو شکستی شبيه به يک بلور تک محور از خود ن

دو ضريب .محور نوری آن در امتداد ميدان مغناطيسی يعنی عمود بر امتداد باريکۀ نور است

دان مغن ر مي ه در آن صفحۀ ارتعاش موج ب ايی ک ا وضيعت ه ن حاالت ب سی شکست دراي اطي

د وازی آن باش ا م ود ي ت عم اظر است ،ثاب تالف متن سی ∆n واخ دان مغناطي ذور در مي ا مج ب

.اعمال شده متناسب است

Faraday effect) ( اثر فارادی٣-١٢-٣

اراد دان مغنا ١٨۴۵ در سال یمايکل ف شه در مي ه شي ه يک قطع ه اگر ب وی ط دريافت ک سی ق ي

ده شود داد نور پالريزه خطی در امت و داردقرار ه آن تابي سی ب دان مغناطي صفحه ارتعاش ،مي

ود ی ش ارج م شه خ ده و از شي ی چرخي زه خط ور پالري ر. ن ن اث راي ر را اث ا اث ارادی ي ف

ی يک اختالف . نوری می نامند -مغناطيسی وری است ول ده فعاليت ن شان دهن اين اثر گرچه ن

.مهم بين اين اثر وفعاليت نوری وجود دارد

ر ) بر حسب دقيقه قوسی (θزاويه که نشان دهنده چرخش صفحه ارتعاش در محيط شفاف وغي

.مغناطيسی است از رابطۀ تجربی زير بدست می آيد

)٣-۴۵( VBd=θ

٤٤

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

RnLnn ),( −

ه در سی B آن ک الی شارمغناطي وس ( چگ سب گ ر ح وال ب يط dو) معم ول مح سب ( ط ر ح ب

ده می شود V ،است ) سانتيمتر ه جنس ، ثابت وردت نامي رای يک محيط ب ه ب ين آنک م چن وه

ستگی دارد انس ،فرکانس نور ودما ب زايش فرک ا اف ه سرعت کاهش ، بطوريکه ب ثابت وردت ب

سی وقتی بدست می مثبنا به قرار داد يک ثابت ورد ت می بايد ا مغناطي اده دي بت برای يک م

B وقتی که در خالف جهت لیگردان باشد و -Lو اثر فارادی بتابد Bآيد که نور موازی ميدان

اره . گردان شود -d انتشارمی تابد ه آن اش بال ب ه در ق اختالف بين اثر فارادی وفعاليت نوری ک

د شد در همين است زيرا در فعاليت نوری چنين اق نمی افت رای تقويت . واقعه ای اتف ابراين ب بن

و ه جل ور ب ابش ن د باربازت ا چن وان ب ارادی ميت ر را تقويت واثر ف ن اث ه اي عقب در داخل نمون

.کرد

ی رادی نيز دودر اثر فا ا : مقدار برای ضريب شکست يعن د وي و جود خواه

اده . موضوع کمی پيچيده تر است ،د مواد فرو مغناطيسی داشت در مور ورد يک م را در م زي

بيشتر بامولفۀ مغناطش در امتداد انتشار متناسب است تا مولفۀ ميدان خارجی Өفرومغناطيسی

زرگ .اعمال شده به ماده ه قطر ب ود ک د ب همچنين نور خروجی نور پالريزه بيضی وار خواه

.ان الکتريکی نور فرودی اندکی چرخيده استبيضی نسبت به راستای ميد

n ),( +

نمايش اثر فارادی: ٩-٣شکل

٤٥

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

تبديل نور پالريزه خطی به پالريزه بيضی وار در اثرهای فارادی و کر: ١٠-٣ شکل

~( iknn += زه د (علت اينست که در اين مواد ضريب شکست ور پالري رای ن ره ای راست ب اي

اوت است گرد وچپ گرد که در زه خطی ورودی است متف واقع مجموع آنها همان نور پالري

ردد واين هم )باعث چرخش صفحۀ ارتعاش می گ )θ، دار جذ رژی توسط مق رو ب ان اده ف م

ۀ مغناطيس برای نور دايره ای راست گرد وچپ گرد نيز متفاوت است که باعث می شود دامن

اوت و ن دودر خروج متف ور همينطوراي ن دو ن ور ورودی باشد در نتيجه ترکيب اي کمتر از ن

ه از دايره ای راست گرد وچپ گرد خروجی بادامن اوت واختالف ف تهای بعلت سرع (های متف

ϕη کهه بيضی وار خواهد بود نور پالريز) مختلف آنها tg=

ol

+n

متناسب با اين اختالف جذب می

.نيز می نامند ) MCD)magnetic circular dichoroism باشد که آنرا

ه طول MCDزاويۀ چرخش فارادی و اطيس ب رو مغن ه ف ر بدست در يک نمون ط زي از رواب

)مربوط به نور چپ گرد است~n− مربوط به نور راست گرد و ~(می آيند

kn ∆=∆~Im , nn ∆=∆~Re, ∆ −+ −= nnn ~~

ncl

nncl

nncl ooo

F ∆=−=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −= −+−+ 2

)(2

)~~(2

Reωωω

θ )٣-۴۶(

kcl

kkcl

nncl

tg oooF ∆=−≈⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −= −+−+ 2

)(2

)]~~(2

Im[ωωω

η )٣-۴٧(

٤٦

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

----------------------------------------------------------------------------------------- (Kerr effect)اثر آر ٤-١٢-٣

ه يك باريك ١٨٨٨در سال رد وقتي آ ر قطب آر آشف آ ود ب زه خطي بطور عم ور پالري ه ن

زرگ صيقلي و براق آهنرباي الكتريكي مي تابد نور بازتاب پالريزه بيضي وار است آه قطر ب

ه راستاي Eآن نيز اندآي نسبت بr

ده است ابش چرخي زه خطي ت ور پالري را ١٠-٣شكل . (ن

.)ببينيد

ابش کردراثر وان ت ق مختلف مي ت سي در نظر به سه طري دان مغناطي ه راستاي مي سبت ب را ن

: عبارتند از و نشان داده شده است١١-٣گرفت آه در شكل

اثر قطبي .١

اثر طولي .٢

اثر عرضي .٣

ي رار م تفاده ق ورد اس شات م يش از دو روش ديگر در آزماي وال ب ر معم ي آ ر قطب روزه اث ام

ن ي ميدان مغناطيسي است در اين اثر راستاي نور تابش و بازتابش موازي با راستا . گيرد در اي

Ktgو Kθ زاويه ي چرخش اثر فارادي مانندجا نيز ηϕ ه قطر (= زرگ بيضي ب سبت قطر ب ن

. پس از بازتابش قابل اندازه گيري استMCDيا ) آوچك

اثر مگنتو اپتيکی کرحاالت مختلف: ١١-٣ شکل

1~~~~

Im−

−=

−+

−+

nnnn

Kθ )٣-۴٨(

٤٧

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

)٣-۴٩ ( 1~~

~~Re

−−

−=−+

−+

nnnn

Kη

K

رخالف اث ين ب ر همچن رخش آ ه ي چ ارادي زاوي ور θر ف ين ن ذب ب تالف ج ه اخ ستگي ب ب

ه Kθ=0پالريزه دايره اي راست و چپ دارد يعني وقتي آه است مي تواند به اين معني باشد آ

جذبي صورت نمي است Fη=0جذبي صورت نگرفته است، در حالي آه در اثر فارادي وقتي

.گيرد

(Raman)اثر آالسيك رامان ١٣-٣

ا وري ب دتا از ن دگي عم ده شود، پس از پراآن اده اي پراآن يله م ا تك رنگي بوس ور تقريب اگر ن

ن ممكن است اجزاي اضافي ا فرآانس يكسان تشكيل خواهد شد با وجود اي م ب ی ضعيف ه خيل

ر ايين ت ا پ ار (فرآانسهاي باالتر ي ن . شامل شوند را)ينوارهاي آن راي بررسي چگونگي اي ب

ه آن رادر ده شده ب رژي تابي د ان ه مي توان ريم آ ه پديده مولکولی را در نظر مي گي ادون ناحي م

د قرمز دور ديل آن اي . جذب آند و آنرا به انرژي جنبشي چرخشي تب د فوتونه ين مي توان همچن

ز ادون قرم د )nm700<λ (م ديل آن شي ارتعاشي تب رژي جنب ه ان را ب ين . را جذب و آن همچن

اده اي م ق تحريك الكترونه نفش از طري اوراي ب ملكول مي تواند انرژي را در ناحيه مرئي و م

ا ihγبنابراين وقتي يك فوتون با انرژي . جذب آند ه ي ه يك حالت ميان ستم ب جذب مي شود سي

د ام داده مجازي صعود مي آن ذار استوآس انج ه بالفاصله يك گ ی آ رژي يعن ا ان ون ب يك فوت

iS hh γγ cbSiبنابر اصل بقاي انرژي . تابش مي آند ⟩ hhh γγγ =−

S hh

مولكول صرف برانگيختن

ي . شده و آنرا به يك حالت انرژي ارتعاشي باالتر مي برد البته ممكن است برانگيختگي الكترون

ه باشد و . يز صورت گيرد يا چرخشي ن ه يك حالت برانگيخت ه حالت اولي بعكس ممكن است آ

ول پس از جذب ا ملك ی ب ذار آنت ك گ ه ي د در نتيج ر افت آن ايين ت ت پ ه حال ون ب ك فوت سيل ي گ

iγγدر اين صورت . استوآس رخ مي دهد >

Si

يعني قسمتي مثال از انرژي ارتعاشي ملكول

ين .)١٢-٣شکل (ديل شده است به انرژي تابشي تب γγ در هر يك از اين دو حالت اختالف ب ,

٤٨

تابش نور بررسی خواص نوری در محيط تحت فصل سوم

-----------------------------------------------------------------------------------------

تفاده ا مولكول (برابر با اختالف تراز انرژي ويژه براي ماده مورد اس در نتيجه ،است )در اينج

.شناختي نسبت به ساختار مولكولي بدست مي دهد

پراکندگی کالسيک رامان و پراگندگی رايلی: ١٢-٣ شکل

٤٩