БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ОП)

В современной О. квантовые представления не противополагаются волновым, а органически сочетаются в квантовой механике и квантовой электродинамике , Исключительное значение квантовая механика имеет для спектроскопии, позволившей получить обширные сведения о строении атомов, молекул и конденсированных сред, а также о протекающих в них процессах. Это стало возможным благодаря развитию квантовой теории в трудах Н. Бора , М. Борна , Э. Шрёдингера , В. Гейзенберга , В. Паули , П. Дирака , Э. Ферма , Л. Д. Ландау , В. А. Фока и многих др. физиков. Квантовая теория позволила дать интерпретацию спектрам атомов, молекул и ионов, объяснить воздействие электрических, магнитных и акустических полей на спектры, установить зависимость характера спектра от условий возбуждения и т.д. Примером обратного влияния О. на развитие самой квантовой теория может служить вызванное необходимостью объяснения спектральных закономерностей открытие собственного момента количества движения – спина — и связанного с ним собственного магнитного момента у электрона (С. Гаудсмит , Дж. Уленбек , 1925) и др. частиц и ядер атомов, повлекшее за собой установление Паули принципа (1925) и, в свою очередь, истолкование сверхтонкой структуры спектров (Паули, 1928). Т. о., построение двух из наиболее фундаментальных теорий современной физики — квантовой механики и специальной теории относительности — было стимулировано в первую очередь проблемами, возникшими при развитии О., и основывалось на наблюдении и анализе оптических явлений.

Примером успехов новой О. является оптическая ориентация (ориентация магнитных моментов) атомов фотонами, отдающими им свой спин при поглощении, (А. Кастлер , 1953). Наиболее важное событие современной О. — экспериментальное обнаружение и создание методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул, предсказанного Эйнштейном в 1916 (см. также Излучение ). Вынужденно испущенный фотон дублирует фотон, вызвавший переход, и, если имеется запас возбуждённых систем, превышающий число поглощающих (т. н. активная среда с инверсией населённостей энергетических состояний атомов или молекул), этот процесс может многократно повторяться, т. е. происходит усиление исходного светового потока (оптического сигнала). Добавление к такому квантовому усилителю оптической обратной связи (например, путём возвращения части излучения с помощью системы зеркал) превращает его в оптический квантовый генератор (лазер). Первые квантовые генераторы (в сантиметровом диапазоне длин волн — мазеры) были созданы А. М. Прохоровым , Н. Г. Басовым и Ч. Таунсом в 1954. В 1960 был построен первый лазер на рубине, вскоре в том же году — первый газоразрядный лазер на смеси гелия и неона, а в 1962 — полупроводниковые лазеры. Важность этих основополагающих работ была немедленно оценена и за ними последовали многочисленные исследования свойств вынужденного излучения и возможностей его генерации. Было установлено, что, используя различные методы получения инверсной населённости, можно строить лазеры на твёрдых, жидких, газообразных и плазменных средах. Их появление стимулировало развитие таких традиционных областей О., как спектроскопия, люминесценция, фотохимия, привело к возникновению совершенно новых научных и технических направлений (нелинейная и параметрическая О., силовая О., оптическая обработка материалов) и к модификации уже развивавшихся направлений (например, оптической связи и оптической локации), сделало возможным практическую реализацию и широкое применение ранее высказанных идей (голография), позволило распространить методы О. на решение задач, не свойственных ей раньше (например, проблема управляемого термоядерного синтеза ), и тем самым подтвердило динамичность О., свойственную наукам, находящимся на переднем крае знаний.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика. 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 1—2, М. — Л., 1948—52: Герцбергер М., Современная геометрическая оптика, пер. с англ., М., 1962; Квазиоптика, пер. с англ., под ред. Б. Каценеленбаума и В. Шевченко, М., 1966; Сороко Л. М., Основы голографии и когерентной оптики, М., 1971; Бломберген Н., Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966; Действие излучения большой мощности на металлы, под ред. А. М. Бонч-Бруевича и М. А. Ельяшевича, М., 1970; Гарбуни М., Физика оптических явлений, пер. с англ., М., 1967; Ахманов С. А., Хохлов Р. В., Проблемы нелинейной оптики, М., 1964; Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, М. — Л., 1928; Ньютон И., Оптика..., 2 изд., М., 1954; Калверт Дж., Питтс Дж., Фотохимия, пер. с англ., М., 1968; Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962; 3оммерфельд А., Оптика, пер. с нем., М., 1953; Лорентц Г. А., Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения, пер. с англ., М., 1953; Клаудер Дж., Сударшан Э., Основы квантовой оптики, пер. с англ., М., 1970; Вавилов С. И., Микроструктура света, М., 1950.

А. М. Бонч-Бруевич.

«О'птика и спектроскопи'я», ежемесячный научный журнал Отделения общей физики и астрономии АН СССР. Издаётся с 1956 в Ленинграде. Публикует оригинальные статьи по всем разделам оптики, спектроскопии, прикладной и технической оптики. Рассчитан на научных работников, преподавателей вузов, инженеров, студентов. Главный редактор — член-корреспондент С. Э. Фриш (с 1956). Тираж (1973) около 2500 экземпляров. С 1956 переиздаётся на английском.

О'птика неодноро'дных сред, раздел оптики , в котором изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения в средах, преломления показательn которых не постоянен, а зависит от координат. Оптическими неоднородностями называются поверхности или объёмы внутри среды, на (в) которых изменяется n . Независимо от физической природы неоднородности она всегда отклоняет свет от его первоначального направления. На поверхностях, разделяющих объёмы среды с разными n , происходит отражение света и преломление света ; на частицах или иных объёмах, n которых отличается от n окружающей среды, — рассеяние света . Существенную роль в О. н. с. играет интерференция света между рассеянными, отражёнными и преломленными световыми волнами, а также исходной (падающей) волной. Важный раздел О. н. с. — оптика тонких слоев . Оптические неоднородности могут представлять собой включения в среду др. веществ, с иным n (аэрозоли, дымы, суспензии, эмульсии); размеры этих включений чаще всего превышают длину световой волны l. Такие среды называются мутными средами . При большой концентрации инородных частиц рассеяние на них падающего света по всем направлениям приводит к тому, что мутная среда становится непрозрачной. Если неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидных частиц (см. Коллоидные системы ), то среда кажется совершенно прозрачной; однако наблюдение под углами около 90° к направлению падающего света обнаруживает свечение среды, обусловленное интенсивным рассеянием света ( Тиндаля эффект ). К др. классу мутных сред относятся чистые (без инородных включений) вещества, в которых изменения n в большом числе микрообъёмов, приводящие к рассеянию света, вызваны флуктуациями плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул или турбулентностью среды. Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрическими частицами, пропорциональна l – p , где р — параметр, зависящий от отношения размеров частиц к l. При рассеянии на тепловых флуктуациях, размеры которых много меньше l, I ~l –4 ( Рэлея закон ). Такая сильная зависимость от l объясняет преимущественное рассеяние более коротких волн; поэтому наблюдаемый цвет дневного неба — голубой, хотя атмосфера Земли освещается солнечным белым светом — совокупностью световых волн различной длины. Для частиц, размеры которых >>l, параметр р близок к 0 и рассеяние определяется геометрическими эффектами преломления света на поверхностях частиц. I в этом случае не зависит от l, что и наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках — они имеют белый цвет. На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях и твёрдых телах основаны методы нефелометрии и ультрамикроскопии (см. Ультрамикроскоп ), позволяющие определять концентрацию неоднородностей и изучать их природу (а в нефелометрии — и их размеры).