Оптика и квазиоптика СВЧ. Молотков Н.Я - 220 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

которые ведут себя как затухающие осцилляторы с различными собственными частотами
k0
ω . Формула
(5.1.11) принимает вид
∑
ω−ωε
+=
k
kk
kk
m
Ne
n
)(
1
22
00
0
2
2
, (5.1.12)
где
k
N
0
,
k
m ,
k
e ,
k0
ω – концентрация, масса, заряд и собственная частота осциллятора k-го типа, а
суммирование ведётся по всем k.
Каждой собственной частоте соответствует своя линия поглощения, вблизи которой показатель
преломления меняется аномально. Зависимость показателя преломления от частоты схематично показана на
рис. 303. По ходу дисперсионной кривой можно оценить, какие заряды
k
e и массы
k
m фигурируют в формуле
(5.1.12), т.е. определить, какие элементы атома участвуют в явлении дисперсии. Оказывается, что значения
k
k
m
e
в области высоких частот (видимая и ультрафиолет) соответствуют данным для электронов, а в области низких
частот (инфракрасная область) величина
k
k
m
e
соответствует ионам вещества.
Рис. 303
Кроме дисперсии, связанной с вынужденными колебаниями электронов и ионов, существует дисперсия,
которая обусловлена наличием полярных молекул, что характерно для жидкостей. В отсутствие электрического
поля дипольные моменты полярных молекул изотропной среды ориентируются в пространстве по всем
направлениям с равной вероятностью, т.е. хаотически. При наложении электрического поля дипольные
моменты молекул стремятся ориентироваться вдоль поля, чему препятствует тепловое движение молекул. В
результате в среде возникает электрическая поляризация. Если электрическое поле изменяется с частотой
ω
, то
с этой частотой будет меняться эта "ориентационная" поляризация и обусловленная ею диэлектрическая
проницаемость среды. Амплитуда вынужденных вращений полярных молекул зависит от частоты
ω
изменения
электрического поля. С этим связана вращательная дисперсия электрической проницаемости и показателя
преломления.
В полях низких частот успевает установиться такая же мгновенная поляризация среды, как и в статических
полях. При низких частотах величины ε и n практически постоянны и не зависят от частоты. Если к тому же
дипольные моменты полярных молекул велики, как, например, у воды и спиртов, то в этой области частот
значения ε и n будут велики. Так, для воды
81
=
ε
, 9=ε=n .
В случае высоких частот и сверхвысоких частот дипольные моменты молекул не успевают заметно
поворачиваться в соответствии с изменениями электрического поля. При столь больших частотах нет
вынужденных вращений молекул и нет дисперсии, связанной с вращением полярных молекул. Поэтому
величины ε и n при высоких частотах и сверхвысоких частотах уменьшаются до величин, которые они имеют
в оптической области спектра. Этим объясняется резкое расхождение между показателем преломления воды
n
в оптической области или в области СВЧ, от значений в области низкочастотных электрических колебаний
включая электростатику.
Этим же объясняется, почему в оптике и СВЧ магнитную проницаемость
µ
почти всегда можно считать
равной единице для всех веществ. Действительно, механизм намагничивания – такой же, как и поляризация
полярных диэлектриков. Он состоит в ориентации магнитных моментов атомов и молекул во внешнем
магнитном поле. При высоких частотах магнитные моменты атомов и молекул не успевают ориентироваться в
магнитном поле, не возникает и намагниченность вещества, что приводит к тому, что
1→µ .
Следует заметить, если частота
ω велика по сравнению со всеми собственными частотами электронов
k0
ω , то в формулах (5.1.11) и (5.1.12) величинами
2
0
k
ω
можно пренебречь по сравнению с частотой
2
ω . Это
справедливо для области мягкого рентгеновского излучения. Формула (5.1.11) принимает вид

Страницы