Der Brechungsindex von Licht in einem Medium. Vollständige innere Reflexion. Die Schönheit des Brechungsindex und seine Anwendungen

Das Gesetz der Lichtbrechung. Absolute und relative Brechungsindizes (Koeffizienten). Totale interne Reflexion

Gesetz der Lichtbrechung wurde im 17. Jahrhundert empirisch festgestellt. Wenn Licht von einem transparenten Medium zum anderen gelangt, kann sich die Lichtrichtung ändern. Die Änderung der Lichtrichtung an der Grenze verschiedener Medien wird als Lichtbrechung bezeichnet. Die Allwissenheit der Brechung ist eine scheinbare Veränderung der Form eines Objekts. (Beispiel: ein Löffel in einem Glas Wasser). Das Brechungsgesetz des Lichts: An der Grenze zweier Medien liegt der gebrochene Strahl in der Einfallsebene und bildet mit der am Einfallspunkt wiederhergestellten Normalen zur Grenzfläche einen Brechungswinkel mit: = n 1- Sturz, 2 Reflexionen, n-Brechungsindex (f. Snelius) - relativer Indikator Der Brechungsindex eines Strahls, der aus dem luftleeren Raum auf ein Medium fällt, wird als sein bezeichnet Absoluter Brechungsindex. Der Einfallswinkel, bei dem der gebrochene Strahl beginnt, entlang der Grenzfläche zwischen zwei Medien ohne Übergang zu einem optisch dichteren Medium zu gleiten - Grenzwinkel der Totalreflexion. Totale interne Reflexion- innere Reflexion, sofern der Einfallswinkel einen bestimmten kritischen Winkel überschreitet. In diesem Fall wird die einfallende Welle vollständig reflektiert und der Wert des Reflexionskoeffizienten übersteigt seine höchsten Werte für polierte Oberflächen. Der Reflexionskoeffizient für Totalreflexion ist wellenlängenunabhängig. In der Optik wird dieses Phänomen für ein breites Spektrum elektromagnetischer Strahlung bis hin zum Röntgenbereich beobachtet. In der geometrischen Optik wird das Phänomen mit dem Snellschen Gesetz erklärt. Bedenkt man, dass der Brechungswinkel 90° nicht überschreiten darf, erhält man, dass bei einem Einfallswinkel, dessen Sinus größer ist als das Verhältnis des kleineren Brechungsindex zum größeren, die elektromagnetische Welle vollständig in das erste Medium reflektiert werden sollte. Beispiel: Die helle Brillanz vieler natürlicher Kristalle und insbesondere facettierter Edelsteine ​​und Halbedelsteine ​​erklärt sich durch Totalreflexion, wodurch jeder Strahl, der in den Kristall eintritt, eine große Anzahl ziemlich heller Strahlen bildet, die gefärbt als austreten ein Ergebnis der Streuung.

Die Gesetze der Physik spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Durchführung von Berechnungen zur Planung einer bestimmten Strategie für die Herstellung eines Produkts oder bei der Ausarbeitung eines Projekts für den Bau von Strukturen für verschiedene Zwecke. Viele Werte werden berechnet, daher werden Messungen und Berechnungen durchgeführt, bevor mit den Planungsarbeiten begonnen wird. Beispielsweise ist der Brechungsindex von Glas gleich dem Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels.

Zuerst werden also Winkel gemessen, dann wird ihr Sinus berechnet, und erst dann können Sie den gewünschten Wert erhalten. Trotz der Verfügbarkeit tabellarischer Daten lohnt es sich, jedes Mal zusätzliche Berechnungen durchzuführen, da Nachschlagewerke oft Idealbedingungen verwenden, die in der Realität kaum zu erreichen sind. Daher wird sich der Indikator in Wirklichkeit zwangsläufig von dem tabellarischen unterscheiden, und in manchen Situationen ist dies von grundlegender Bedeutung.

Absoluter Indikator

Der absolute Brechungsindex hängt von der Glasmarke ab, da es in der Praxis eine Vielzahl von Optionen gibt, die sich in Zusammensetzung und Transparenzgrad unterscheiden. Im Durchschnitt liegt er bei 1,5 und schwankt um diesen Wert um 0,2 in die eine oder andere Richtung. In seltenen Fällen kann es zu Abweichungen von dieser Zahl kommen.

Auch hier gilt: Wenn es auf einen exakten Indikator ankommt, sind zusätzliche Messungen unabdingbar. Aber auch sie liefern kein 100% zuverlässiges Ergebnis, da der Sonnenstand am Himmel und die Bewölkung am Messtag den Endwert beeinflussen. Glücklicherweise reicht es in 99,99 % der Fälle aus, einfach zu wissen, dass der Brechungsindex eines Materials wie Glas größer als eins und kleiner als zwei ist und alle anderen Zehntel und Hundertstel keine Rolle spielen.

In Foren, die helfen, Probleme in der Physik zu lösen, taucht oft die Frage auf, was ist der Brechungsindex von Glas und Diamant? Viele Leute denken, dass, da diese beiden Substanzen ähnlich aussehen, ihre Eigenschaften ungefähr gleich sein sollten. Aber das ist eine Täuschung.

Die maximale Brechung für Glas liegt bei etwa 1,7, während diese Zahl für Diamant 2,42 erreicht. Dieser Edelstein ist eines der wenigen Materialien auf der Erde, dessen Brechungsindex 2 übersteigt. Dies liegt an seiner kristallinen Struktur und der großen Streuung der Lichtstrahlen. Die Facettierung spielt bei Änderungen des Tabellenwerts eine minimale Rolle.

Relativer Indikator

Der relative Indikator für einige Umgebungen kann wie folgt charakterisiert werden:

• - der Brechungsindex von Glas gegenüber Wasser beträgt etwa 1,18;
• - der Brechungsindex des gleichen Materials gegenüber Luft gleich 1,5 ist;
• - Brechungsindex relativ zu Alkohol - 1.1.

Die Messung des Indikators und die Berechnung des relativen Werts erfolgen nach einem bekannten Algorithmus. Um einen relativen Parameter zu finden, müssen Sie einen Tabellenwert durch einen anderen dividieren. Oder führen Sie experimentelle Berechnungen für zwei Umgebungen durch und teilen Sie dann die erhaltenen Daten. Solche Operationen werden oft im Physikpraktikum durchgeführt.

Bestimmung des Brechungsindex

In der Praxis ist es ziemlich schwierig, den Brechungsindex von Glas zu bestimmen, da hochpräzise Instrumente benötigt werden, um die Anfangsdaten zu messen. Jeder Fehler wird zunehmen, da die Berechnung komplexe Formeln verwendet, die das Fehlen von Fehlern erfordern.

Im Allgemeinen zeigt dieser Koeffizient, wie oft sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtstrahlen verlangsamt, wenn sie ein bestimmtes Hindernis passieren. Daher ist es nur für transparente Materialien typisch. Als Bezugswert, also als Einheit, wird der Brechungsindex von Gasen genommen. Dies geschah, um bei den Berechnungen von einem bestimmten Wert ausgehen zu können.

Trifft ein Sonnenstrahl auf eine Glasfläche mit einem Brechungsindex, der gleich dem Tabellenwert ist, dann kann dieser auf mehrere Arten verändert werden:

• 1. Kleben Sie eine Folie darauf, bei der der Brechungsindex höher sein wird als der von Glas. Dieses Prinzip wird bei der Tönung von Autoscheiben verwendet, um den Fahrgastkomfort zu verbessern und dem Fahrer eine klarere Sicht auf die Straße zu ermöglichen. Außerdem hält der Film UV-Strahlung zurück.
• 2. Bemalen Sie das Glas mit Farbe. So machen es die Hersteller billiger Sonnenbrillen, aber seien Sie sich bewusst, dass dies Ihrem Sehvermögen schaden kann. Bei guten Modellen werden Gläser mit einer speziellen Technologie sofort farbig produziert.
• 3. Tauchen Sie das Glas in etwas Flüssigkeit. Dies ist nur für Experimente sinnvoll.

Geht der Lichtstrahl von Glas aus, dann wird der Brechungsindex auf dem nächsten Material anhand des relativen Koeffizienten berechnet, den man durch Vergleich der Tabellenwerte untereinander erhält. Diese Berechnungen sind sehr wichtig beim Entwurf optischer Systeme, die eine praktische oder experimentelle Last tragen. Fehler sind hier nicht erlaubt, da sie zu einer Fehlfunktion des gesamten Geräts führen und alle damit empfangenen Daten unbrauchbar sind.

Um die Lichtgeschwindigkeit in Glas mit einem Brechungsindex zu bestimmen, müssen Sie den Absolutwert der Geschwindigkeit im Vakuum durch den Brechungsindex teilen. Als Referenzmedium wird Vakuum verwendet, da dort keine Brechung erfolgt, da keine Substanzen vorhanden sind, die die ungehinderte Bewegung von Lichtstrahlen entlang einer bestimmten Flugbahn stören könnten.

Bei allen berechneten Indikatoren ist die Geschwindigkeit geringer als im Referenzmedium, da der Brechungsindex immer größer als eins ist.

Im Physikkurs der 8. Klasse haben Sie das Phänomen der Lichtbrechung kennengelernt. Jetzt wissen Sie, dass Licht elektromagnetische Wellen eines bestimmten Frequenzbereichs sind. Basierend auf dem Wissen über die Natur des Lichts können Sie die physikalische Ursache der Brechung verstehen und viele andere damit verbundene Lichtphänomene erklären.

Reis. 141. Beim Übergang von einem Medium zum anderen wird der Strahl gebrochen, d. h. er ändert die Ausbreitungsrichtung

Nach dem Lichtbrechungsgesetz (Abb. 141):

• Einfallende, gebrochene und senkrecht zur Grenzfläche zwischen zwei Medien gezogene Strahlen liegen am Auftreffpunkt des Strahls in derselben Ebene; das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels ist für diese beiden Medien ein konstanter Wert

wobei n 21 der relative Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten ist.

Wenn der Strahl aus einem Vakuum in irgendein Medium gelangt, dann

wobei n der absolute Brechungsindex (oder einfach Brechungsindex) des zweiten Mediums ist. In diesem Fall ist die erste "Umgebung" Vakuum, dessen absoluter Index als eins angenommen wird.

Das Gesetz der Lichtbrechung wurde 1621 vom niederländischen Wissenschaftler Willebord Snellius empirisch entdeckt. Das Gesetz wurde in einer Abhandlung über Optik formuliert, die nach seinem Tod in den Papieren des Wissenschaftlers gefunden wurde.

Nach der Entdeckung von Snell stellten mehrere Wissenschaftler die Hypothese auf, dass die Brechung von Licht auf eine Änderung seiner Geschwindigkeit zurückzuführen ist, wenn es die Grenze zweier Medien passiert. Die Gültigkeit dieser Hypothese wurde durch theoretische Beweise bestätigt, die unabhängig voneinander vom französischen Mathematiker Pierre Fermat (1662) und dem niederländischen Physiker Christian Huygens (1690) durchgeführt wurden. Auf unterschiedlichen Wegen kamen sie zum gleichen Ergebnis, was dies beweist

• das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels ist für diese beiden Medien ein konstanter Wert, gleich dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten in diesen Medien:

(3)

Aus Gleichung (3) folgt, dass wenn der Brechungswinkel β kleiner als der Einfallswinkel a ist, sich das Licht einer gegebenen Frequenz im zweiten Medium langsamer ausbreitet als im ersten, also V 2

Das Verhältnis der in Gleichung (3) enthaltenen Größen diente als guter Grund für das Erscheinen einer anderen Formulierung der Definition des relativen Brechungsindex:

• Der relative Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten ist eine physikalische Größe, die gleich dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten in diesen Medien ist:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Lassen Sie einen Lichtstrahl vom Vakuum zu einem Medium gelangen. Ersetzen wir v1 in Gleichung (4) durch die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c und v 2 durch die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium v, erhalten wir Gleichung (5), die die Definition des absoluten Brechungsindex ist:

• Der absolute Brechungsindex eines Mediums ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium entspricht:

Gemäß den Gleichungen (4) und (5) zeigt n 21, wie oft sich die Lichtgeschwindigkeit ändert, wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht, und n - wenn es vom Vakuum in ein Medium übergeht. Dies ist die physikalische Bedeutung der Brechungsindizes.

Der Wert des absoluten Brechungsindex n jeder Substanz ist größer als eins (dies wird durch die Daten bestätigt, die in den Tabellen physikalischer Nachschlagewerke enthalten sind). Dann ist nach Gleichung (5) c/v > 1 und c > v, d.h. die Lichtgeschwindigkeit in jeder Substanz ist kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Ohne strenge Begründungen anzugeben (sie sind komplex und umständlich), stellen wir fest, dass der Grund für die Abnahme der Lichtgeschwindigkeit beim Übergang vom Vakuum zur Materie die Wechselwirkung einer Lichtwelle mit Atomen und Molekülen der Materie ist. Je größer die optische Dichte der Substanz ist, desto stärker ist diese Wechselwirkung, desto geringer ist die Lichtgeschwindigkeit und desto größer ist der Brechungsindex. Somit werden die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium und der absolute Brechungsindex durch die Eigenschaften dieses Mediums bestimmt.

Anhand der Zahlenwerte der Brechungsindizes von Substanzen kann man ihre optischen Dichten vergleichen. Beispielsweise reichen die Brechungsindizes verschiedener Glasarten von 1,470 bis 2,040, während der Brechungsindex von Wasser 1,333 beträgt. Das bedeutet, dass Glas ein optisch dichteres Medium ist als Wasser.

Wenden wir uns der Abbildung 142 zu, mit deren Hilfe wir erklären können, warum sich an der Grenze zweier Medien mit einer Geschwindigkeitsänderung auch die Ausbreitungsrichtung einer Lichtwelle ändert.

Reis. 142. Wenn Lichtwellen von Luft zu Wasser übergehen, nimmt die Lichtgeschwindigkeit ab, die Front der Welle und damit ihre Geschwindigkeit ändern ihre Richtung

Die Abbildung zeigt eine Lichtwelle, die von Luft in Wasser übergeht und unter einem Winkel a auf die Grenzfläche zwischen diesen Medien trifft. In Luft breitet sich Licht mit einer Geschwindigkeit v 1 aus, in Wasser mit einer geringeren Geschwindigkeit v 2 .

Punkt A der Welle erreicht zuerst die Grenze. Über eine Zeitspanne Δt wird Punkt B, der sich in der Luft mit der gleichen Geschwindigkeit v 1 bewegt, Punkt B erreichen. "Während der gleichen Zeit wird Punkt A, der sich im Wasser mit einer geringeren Geschwindigkeit v 2 bewegt, eine kürzere Strecke zurücklegen , wobei nur Punkt A erreicht wird. In diesem Fall wird die sogenannte Wellenfront A "B" im Wasser um einen bestimmten Winkel in Bezug auf die Front der AB-Welle in der Luft gedreht. Und der Geschwindigkeitsvektor (der immer senkrecht zur Wellenfront steht und mit ihrer Ausbreitungsrichtung zusammenfällt) dreht sich und nähert sich der geraden Linie OO", senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Medien. In diesem Fall ist der Brechungswinkel β kleiner als der Einfallswinkel α, so entsteht die Lichtbrechung.

Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass sich beim Übergang in ein anderes Medium und Rotation der Wellenfront auch die Wellenlänge ändert: Beim Übergang in ein optisch dichteres Medium nimmt die Geschwindigkeit ab, auch die Wellenlänge nimmt ab (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Fragen

1. Welcher der beiden Stoffe ist optisch dichter?
2. Wie werden Brechungsindizes in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit in Medien bestimmt?
3. Wohin bewegt sich Licht am schnellsten?
4. Was ist der physikalische Grund für die Abnahme der Lichtgeschwindigkeit beim Übergang vom Vakuum auf ein Medium oder von einem Medium mit geringerer optischer Dichte auf ein Medium mit höherer?
5. Was bestimmt (d.h. wovon hängen sie ab) den absoluten Brechungsindex des Mediums und die Lichtgeschwindigkeit darin?
6. Erklären Sie, was Abbildung 142 zeigt.

Eine Übung

Karte 75.

Gesetz der Lichtreflexion: der einfallende und der reflektierte Strahl sowie die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Einfallspunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene (der Einfallsebene). Der Reflexionswinkel γ ist gleich dem Einfallswinkel α.

Gesetz der Lichtbrechung: der einfallende und der gebrochene Strahl sowie die Senkrechte zur Grenzfläche zwischen zwei Medien, die am Auftreffpunkt des Strahls wiederhergestellt wird, liegen in derselben Ebene. Das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels α zum Sinus des Brechungswinkels β ist für zwei gegebene Medien ein konstanter Wert:

Die Gesetze der Reflexion und Brechung werden in der Wellenphysik erklärt. Nach Wellenkonzepten ist Brechung eine Folge einer Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen beim Übergang von einem Medium in ein anderes. Die physikalische Bedeutung des Brechungsindex ist das Verhältnis der Wim ersten Medium υ 1 zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im zweiten Medium υ 2:

Abbildung 3.1.1 veranschaulicht die Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht.

Ein Medium mit einem niedrigeren absoluten Brechungsindex wird als optisch weniger dicht bezeichnet.

Wenn Licht von einem optisch dichteren Medium in ein optisch weniger dichtes übergeht n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать Totalreflexionsphänomen, das heißt, das Verschwinden des gebrochenen Strahls. Dieses Phänomen wird bei Einfallswinkeln beobachtet, die einen bestimmten kritischen Winkel α pr überschreiten, der als Grenzwinkel der Totalreflexion(siehe Abb. 3.1.2).

Für den Einfallswinkel α = α pr sin β = 1; wert sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Wenn das zweite Medium Luft ist (n 2 ≈ 1), dann ist es bequem, die Formel umzuschreiben als

Das Phänomen der Totalreflexion findet in vielen optischen Geräten Anwendung. Die interessanteste und praktisch wichtigste Anwendung ist die Herstellung von Faserlichtleitern, bei denen es sich um dünne (wenige Mikrometer bis Millimeter) willkürlich gebogene Filamente aus einem optisch transparenten Material (Glas, Quarz) handelt. Licht, das auf das Ende der Faser fällt, kann sich aufgrund der Totalreflexion an den Seitenflächen entlang dieser über weite Strecken ausbreiten (Abb. 3.1.3). Die wissenschaftlich-technische Richtung, die sich mit der Entwicklung und Anwendung optischer Lichtleiter befasst, wird als Faseroptik bezeichnet.

Dispe "rsiya light" das (Zerlegung von Licht)- Dies ist ein Phänomen, das auf der Abhängigkeit des absoluten Brechungsindex einer Substanz von der Frequenz (oder Wellenlänge) des Lichts (Frequenzdispersion) oder der Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit des Lichts in einer Substanz von der Wellenlänge (oder Frequenz). Experimentell von Newton um 1672 entdeckt, obwohl viel später theoretisch gut erklärt.

Räumliche Streuung ist die Abhängigkeit des Tensors der Permittivität des Mediums vom Wellenvektor. Diese Abhängigkeit verursacht eine Reihe von Phänomenen, die räumliche Polarisationseffekte genannt werden.

Eines der klarsten Beispiele für Dispersion - Zerlegung von weißem Licht beim Durchgang durch ein Prisma (Newtons Experiment). Die Essenz des Dispersionsphänomens ist der Unterschied in den Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einer transparenten Substanz - einem optischen Medium (während im Vakuum die Lichtgeschwindigkeit immer gleich ist, unabhängig von der Wellenlänge und damit der Farbe) . Üblicherweise gilt: Je höher die Frequenz einer Lichtwelle, desto größer der Brechungsindex des Mediums dafür und desto geringer die Wellengeschwindigkeit im Medium:

Newtons Experimente Experiment zur Zerlegung von weißem Licht in ein Spektrum: Newton richtete einen Sonnenstrahl durch ein kleines Loch auf ein Glasprisma. Beim Auftreffen auf das Prisma wurde der Strahl gebrochen und ergab an der gegenüberliegenden Wand ein längliches Bild mit schillernden Farbwechseln - das Spektrum. Experiment über den Durchgang von monochromatischem Licht durch ein Prisma: Newton platzierte rotes Glas in den Weg des Sonnenstrahls, hinter dem er monochromatisches Licht (rot) erhielt, dann ein Prisma und beobachtete auf dem Bildschirm nur einen roten Fleck des Lichtstrahls. Erfahrung in der Synthese (Gewinnung) von weißem Licht: Zuerst richtete Newton den Strahl der Sonne auf ein Prisma. Dann, nachdem er die aus dem Prisma austretenden farbigen Strahlen mit Hilfe einer Sammellinse gesammelt hatte, erhielt Newton anstelle eines farbigen Streifens ein weißes Bild eines Lochs in einer weißen Wand. Newtons Schlussfolgerungen:- das Prisma verändert das Licht nicht, sondern zerlegt es nur in Bestandteile - farblich unterschiedliche Lichtstrahlen unterscheiden sich im Brechungsgrad; violette Strahlen werden am stärksten gebrochen, rotes Licht wird weniger stark gebrochen - rotes Licht, das weniger gebrochen wird, hat die höchste Geschwindigkeit und violette hat die niedrigste, daher zerlegt das Prisma das Licht. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von Licht von seiner Farbe wird als Dispersion bezeichnet.

Schlussfolgerungen:- ein Prisma zerlegt Licht - weißes Licht ist komplex (zusammengesetzt) ​​- violette Strahlen werden stärker gebrochen als rote. Die Farbe eines Lichtstrahls wird durch seine Schwingungsfrequenz bestimmt. Beim Übergang von einem Medium zum anderen ändern sich Lichtgeschwindigkeit und Wellenlänge, aber die Frequenz, die die Farbe bestimmt, bleibt konstant. Die Grenzen der Bereiche des weißen Lichts und seiner Komponenten werden normalerweise durch ihre Wellenlängen im Vakuum gekennzeichnet. Weißes Licht ist eine Sammlung von Wellenlängen von 380 bis 760 nm.

Karte 77.

Lichtabsorption. Bouguersches Gesetz

Die Absorption von Licht in einer Substanz ist mit der Umwandlung der Energie des elektromagnetischen Feldes der Welle in die thermische Energie der Substanz (oder in die Energie der sekundären Photolumineszenzstrahlung) verbunden. Das Lichtabsorptionsgesetz (Bouguersches Gesetz) hat die Form:

Ich = Ich 0 exp(- x),(1)

wo ich 0 , ich- Eingangslichtintensität (x=0) und aus der mittleren Schichtdicke austreten X, - Absorptionskoeffizient, es hängt davon ab .

Für Dielektrika  =10 -1  10 -5 m -1 , für Metalle =10 5  10 7 m -1 , daher sind Metalle lichtundurchlässig.

Abhängigkeit  ( ) erklärt die Färbung absorbierender Körper. Beispielsweise erscheint Glas, das wenig rotes Licht absorbiert, rot, wenn es mit weißem Licht beleuchtet wird.

Streuung von Licht. Rayleighs Gesetz

Lichtbeugung kann in einem optisch inhomogenen Medium auftreten, beispielsweise in einem trüben Medium (Rauch, Nebel, staubige Luft etc.). Lichtwellen, die an Inhomogenitäten des Mediums gebeugt werden, erzeugen ein Beugungsmuster, das durch eine ziemlich gleichmäßige Intensitätsverteilung in alle Richtungen gekennzeichnet ist.

Eine solche Beugung durch kleine Inhomogenitäten wird genannt Streuung von Licht.

Dieses Phänomen wird beobachtet, wenn ein schmaler Sonnenstrahl durch staubige Luft geht, an Staubpartikeln streut und sichtbar wird.

Sind die Abmessungen der Inhomogenitäten klein im Vergleich zur Wellenlänge (nicht mehr als 0,1  ), dann ist die Streulichtintensität umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, d.h.

ich rass ~ 1/  4 , (2)

diese Beziehung wird Rayleighs Gesetz genannt.

Lichtstreuung wird auch in reinen Medien beobachtet, die keine Fremdpartikel enthalten. Beispielsweise kann es zu Schwankungen (zufällige Abweichungen) der Dichte, Anisotropie oder Konzentration kommen. Eine solche Streuung wird als molekular bezeichnet. Es erklärt zum Beispiel die blaue Farbe des Himmels. Tatsächlich werden nach (2) blaue und blaue Strahlen stärker gestreut als rote und gelbe, weil haben eine kürzere Wellenlänge und verursachen so die blaue Farbe des Himmels.

Ticket 78.

Polarisation des Lichts- eine Reihe von Phänomenen der Wellenoptik, in denen sich die transversale Natur elektromagnetischer Lichtwellen manifestiert. Querwelle- Teilchen des Mediums schwingen senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung ( Abb.1).

Abb.1 Querwelle

Elektromagnetische Lichtwelle Ebene polarisiert(lineare Polarisation), wenn die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B streng festgelegt sind und in bestimmten Ebenen liegen ( Abb.1). Eine ebene polarisierte Lichtwelle wird genannt Ebene polarisiert(linear polarisiertes) Licht. nicht polarisiert(natürliche) Welle - eine elektromagnetische Lichtwelle, bei der die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B in dieser Welle in beliebigen Ebenen senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor v liegen können. unpolarisiertes Licht- Lichtwellen, bei denen sich die Schwingungsrichtungen der Vektoren E und B zufällig ändern, so dass alle Schwingungsrichtungen in Ebenen senkrecht zum Ausbreitungsstrahl der Welle gleich wahrscheinlich sind ( Abb.2).

Abb.2 unpolarisiertes Licht

polarisierte Wellen- in denen die Richtungen der Vektoren E und B im Raum unverändert bleiben oder sich nach einem bestimmten Gesetz ändern. Strahlung, bei der sich die Richtung des Vektors E zufällig ändert - unpolarisiert. Ein Beispiel für eine solche Strahlung kann Wärmestrahlung (zufällig verteilte Atome und Elektronen) sein. Polarisationsebene- Dies ist eine Ebene senkrecht zur Schwingungsrichtung des Vektors E. Der Hauptmechanismus für das Auftreten polarisierter Strahlung ist die Streuung von Strahlung durch Elektronen, Atome, Moleküle und Staubpartikel.

1.2. Arten der Polarisierung Es gibt drei Arten der Polarisation. Lassen Sie uns sie definieren. 1. Linear Tritt auf, wenn der elektrische Vektor E seine Position im Raum behält. Es hebt gewissermaßen die Ebene hervor, in der der Vektor E oszilliert. 2. Kreisförmig Dies ist die Polarisation, die auftritt, wenn sich der elektrische Vektor E um die Richtung der Wellenausbreitung mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die gleich der Winkelfrequenz der Welle ist, während er seinen absoluten Wert beibehält. Diese Polarisation charakterisiert die Drehrichtung des Vektors E in der Ebene senkrecht zur Sichtlinie. Ein Beispiel ist die Zyklotronstrahlung (ein System von Elektronen, die in einem Magnetfeld rotieren). 3. Ellipsenförmig Tritt auf, wenn sich der Betrag des elektrischen Vektors E so ändert, dass er eine Ellipse beschreibt (Drehung des Vektors E). Elliptische und zirkulare Polarisation ist rechts (die Drehung des Vektors E erfolgt im Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen) und links (die Drehung des Vektors E erfolgt gegen den Uhrzeigersinn, wenn Sie in Richtung der sich ausbreitenden Welle schauen).

In der Tat die häufigste partielle Polarisierung (teilweise polarisierte elektromagnetische Wellen). Quantitativ wird es durch eine bestimmte Menge genannt Grad der Polarisierung R, die definiert ist als: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) wo Imax,ich bin dabei- die höchste und niedrigste elektromagnetische Energieflussdichte durch den Analysator (Polaroid, Nicol-Prisma…). In der Praxis wird die Strahlungspolarisation oft durch Stokes-Parameter beschrieben (es werden Strahlungsflüsse mit einer bestimmten Polarisationsrichtung bestimmt).

Ticket 79.

Fällt natürliches Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika (z. B. Luft und Glas), wird ein Teil davon reflektiert, ein Teil wird gebrochen und breitet sich im zweiten Medium aus. Indem wir einen Analysator (z. B. Turmalin) auf den Weg der reflektierten und gebrochenen Strahlen stellen, stellen wir sicher, dass die reflektierten und gebrochenen Strahlen teilweise polarisiert sind: Wenn der Analysator um die Strahlen gedreht wird, nimmt die Lichtintensität periodisch zu und ab ( vollständiges Aussterben wird nicht beobachtet!). Weitere Untersuchungen zeigten, dass im reflektierten Strahl Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene vorherrschen (in Abb. 275 sind sie durch Punkte gekennzeichnet), im gebrochenen Strahl - Schwingungen parallel zur Einfallsebene (durch Pfeile dargestellt).

Der Polarisationsgrad (der Grad der Trennung von Lichtwellen mit einer bestimmten Ausrichtung des elektrischen (und magnetischen) Vektors) hängt vom Einfallswinkel der Strahlen und dem Brechungsindex ab. Schottischer Physiker D. Brewster(1781-1868) gegründet Gesetz, wonach im Einfallswinkel ich B (Brewster-Winkel), definiert durch die Beziehung

(n 21 - Brechungsindex des zweiten Mediums relativ zum ersten), der reflektierte Strahl ist eben polarisiert(enthält nur Schwingungen senkrecht zur Einfallsebene) (Abb. 276). Der gebrochene Strahl im Einfallswinkelich B maximal polarisiert, aber nicht vollständig.

Trifft Licht im Brewster-Winkel auf die Grenzfläche, dann die reflektierten und gebrochenen Strahlen zueinander senkrecht(tg ich B=Sünde ich B/cos ich b, n 21 = Sünde ich B / Sünde ich 2 (ich 2 - Brechungswinkel), woraus cos ich B=Sünde ich 2). Folglich, ich B + ich 2 =  /2, aber ich’ B= ich B (Reflexionsgesetz), also ich’ B+ ich 2 =  /2.

Der Polarisationsgrad von reflektiertem und gebrochenem Licht bei unterschiedlichen Einfallswinkeln lässt sich aus den Maxwellschen Gleichungen berechnen, wenn man die Randbedingungen für das elektromagnetische Feld an der Grenzfläche zwischen zwei isotropen Dielektrika (den sog Fresnel-Formeln).

Der Polarisationsgrad des gebrochenen Lichts kann deutlich erhöht werden (durch wiederholte Brechung, vorausgesetzt, das Licht fällt jedes Mal unter dem Brewster-Winkel auf die Grenzfläche). Wenn zum Beispiel für Glas ( n= 1.53) beträgt der Polarisationsgrad des gebrochenen Strahls 15%, dann ist das aus einem solchen System austretende Licht nach der Brechung durch 8-10 übereinander angeordnete Glasplatten fast vollständig polarisiert. Dieser Plattensatz heißt Fuß. Mit dem Fuß kann polarisiertes Licht sowohl in seiner Reflexion als auch in seiner Brechung analysiert werden.

Ticket 79 (für Spur)

Wie die Erfahrung zeigt, erweist sich bei der Brechung und Reflexion von Licht das gebrochene und reflektierte Licht als polarisiert und die Reflexion. Licht kann bei einem bestimmten Einfallswinkel aber vollständig polarisiert sein Licht ist immer teilpolarisiert.Anhand der Formeln von Frinel kann gezeigt werden, dass das Licht reflektiert. Licht wird in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene und Brechung polarisiert. das Licht wird in einer Ebene parallel zur Einfallsebene polarisiert.

Der Einfallswinkel, bei dem die Reflexion erfolgt Licht ist vollständig polarisiert wird als Brewster-Winkel bezeichnet.Der Brewster-Winkel wird aus dem Brewster-Gesetz bestimmt: -Brewster-Gesetz. In diesem Fall der Winkel zwischen Reflexion. und brechen. Strahlen gleich sind.Für ein Luft-Glas-System ist der Brewster-Winkel gleich.Um eine gute Polarisation zu erhalten, d.h. , wenn Licht gebrochen wird, werden viele gebrochene Oberflächen verwendet, die als Stoletov-Fuß bezeichnet werden.

Karte 80.

Die Erfahrung zeigt, dass bei der Wechselwirkung von Licht mit Materie die Hauptwirkung (physiologisch, photochemisch, photoelektrisch usw.) durch Schwingungen des Vektors verursacht wird, der in diesem Zusammenhang manchmal als Lichtvektor bezeichnet wird. Um die Muster der Lichtpolarisation zu beschreiben, wird daher das Verhalten des Vektors überwacht.

Die von den Vektoren gebildete Ebene wird als Polarisationsebene bezeichnet.

Wenn die Vektorschwingungen in einer festen Ebene auftreten, wird ein solches Licht (Strahl) als linear polarisiert bezeichnet. Sie wird willkürlich wie folgt bezeichnet. Wenn der Strahl in einer senkrechten Ebene polarisiert ist (in der Ebene xz, siehe Abb. 2 in der zweiten Vorlesung), dann wird es bezeichnet.

Natürliches Licht (von gewöhnlichen Quellen, der Sonne) besteht aus Wellen, die unterschiedliche, zufällig verteilte Polarisationsebenen haben (siehe Abb. 3).

Natürliches Licht wird manchmal herkömmlicherweise als dieses bezeichnet. Es wird auch als nicht polarisiert bezeichnet.

Wenn sich während der Ausbreitung der Welle der Vektor dreht und gleichzeitig das Ende des Vektors einen Kreis beschreibt, wird solches Licht als zirkular polarisiert bezeichnet, und die Polarisation ist zirkular oder zirkular (rechts oder links). Es gibt auch eine elliptische Polarisation.

Es gibt optische Geräte (Filme, Platten usw.) - Polarisatoren, die linear polarisiertes Licht oder teilweise polarisiertes Licht aus natürlichem Licht emittieren.

Polarisatoren, die zur Analyse der Polarisation von Licht verwendet werden, werden genannt Analysatoren.

Die Ebene des Polarisators (oder Analysators) ist die Polarisationsebene des durch den Polarisator (oder Analysator) übertragenen Lichts.

Lassen Sie einen Polarisator (oder Analysator) mit linear polarisiertem Licht mit einer Amplitude einfallen E 0 . Die Amplitude des durchgelassenen Lichts wird sein E=E 0 cos j, und die Intensität Ich = Ich 0 gegen 2 j.

Diese Formel drückt aus Malus' Gesetz:

Die Intensität von linear polarisiertem Licht, das durch den Analysator geht, ist proportional zum Quadrat des Kosinus des Winkels j zwischen der Schwingungsebene des einfallenden Lichts und der Ebene des Analysators.

Ticket 80 (für Sporen)

Polarisatoren sind Geräte, die es ermöglichen, polarisiertes Licht zu erhalten. Analysatoren sind Geräte, mit denen Sie analysieren können, ob Licht polarisiert ist oder nicht. Strukturell sind ein Polarisator und ein Analysator gleich. Dann sind alle Richtungen des Vektors E gleich wahrscheinlich. Jede Der Vektor kann in zwei zueinander senkrechte Komponenten zerlegt werden: eine parallel zur Polarisationsebene des Polarisators und die andere senkrecht dazu.

Offensichtlich ist die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, gleich. Lassen Sie uns die Intensität des Lichts, das den Polarisator verlässt, mit () bezeichnen. Wenn ein Analysator auf den Weg des Polarisators gestellt wird, dessen Hauptebene einen Winkel mit bildet die Hauptebene des Polarisators, dann wird die Intensität des Lichts, das den Analysator verlässt, durch das Gesetz bestimmt.

Karte 81.

Der sowjetische Physiker P. A. Cherenkov untersuchte die Lumineszenz einer Lösung von Uransalzen unter Einwirkung von Radiumstrahlen und machte darauf aufmerksam, dass das Wasser selbst leuchtet, in dem sich keine Uransalze befinden. Es stellte sich heraus, dass, wenn Strahlen (siehe Gammastrahlung) durch reine Flüssigkeiten geleitet werden, sie alle zu leuchten beginnen. S. I. Vavilov, unter dessen Leitung P. A. Cherenkov arbeitete, stellte die Hypothese auf, dass das Leuchten mit der Bewegung von Elektronen zusammenhängt, die durch Radiumquanten aus Atomen herausgeschlagen werden. Tatsächlich hing das Leuchten stark von der Richtung des Magnetfelds in der Flüssigkeit ab (dies deutete darauf hin, dass seine Ursache die Bewegung von Elektronen ist).

Aber warum senden Elektronen, die sich in einer Flüssigkeit bewegen, Licht aus? Die richtige Antwort auf diese Frage wurde 1937 von den sowjetischen Physikern I. E. Tamm und I. M. Frank gegeben.

Ein Elektron, das sich in einer Substanz bewegt, interagiert mit den umgebenden Atomen. Unter der Wirkung seines elektrischen Feldes werden Atomelektronen und Atomkerne in entgegengesetzte Richtungen verschoben - das Medium wird polarisiert. Die Atome des Mediums, die sich entlang der Flugbahn des Elektrons befinden, polarisieren sich und kehren dann in den Ausgangszustand zurück und senden elektromagnetische Lichtwellen aus. Wenn die Elektronengeschwindigkeit v kleiner ist als die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit im Medium (- Brechungsindex), überholt das elektromagnetische Feld das Elektron, und die Substanz hat Zeit, sich vor dem Elektron im Raum zu polarisieren. Die Polarisation des Mediums vor und hinter dem Elektron ist entgegengesetzt gerichtet, und die Strahlungen entgegengesetzt polarisierter Atome "addieren" sich gegenseitig "aus". Wenn die Atome, die das Elektron noch nicht erreicht hat, keine Zeit haben, sich zu polarisieren, und Strahlung erscheint, gerichtet entlang einer schmalen konischen Schicht mit einem Scheitel, der mit dem sich bewegenden Elektron zusammenfällt, und einem Winkel am Scheitel c. Das Aussehen eines Lichtkegels und der Strahlungszustand lassen sich aus den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Wellenausbreitung ableiten.

Reis. 1. Mechanismus der Wellenfrontbildung

Lassen Sie ein Elektron entlang der Achse OE (siehe Abb. 1) eines sehr engen leeren Kanals in einer homogenen transparenten Substanz mit einem Brechungsindex laufen (ein leerer Kanal wird benötigt, um Stöße eines Elektrons mit Atomen in a nicht zu berücksichtigen theoretische Betrachtung). Jeder Punkt auf der OE-Linie, der nacheinander von einem Elektron besetzt wird, ist das Zentrum der Lichtemission. Wellen, die von aufeinanderfolgenden Punkten O, D, E ausgehen, interferieren miteinander und werden verstärkt, wenn die Phasendifferenz zwischen ihnen Null ist (siehe Interferenz). Diese Bedingung ist für die Richtung erfüllt, die mit der Flugbahn des Elektrons einen Winkel von 0 bildet. Winkel 0 wird bestimmt durch das Verhältnis:.

Betrachten Sie in der Tat zwei Wellen, die in der Richtung in einem Winkel von 0 zur Elektronengeschwindigkeit von zwei Punkten der Flugbahn emittiert werden - Punkt O und Punkt D, getrennt durch einen Abstand . Am Punkt B, der auf der geraden Linie BE liegt, senkrecht zu OB, die erste Welle zum Zeitpunkt - Am Punkt F, der auf der geraden Linie BE liegt, wird die von dem Punkt emittierte Welle zum Zeitpunkt nach der Emission von eintreffen Welle vom Punkt O. Diese beiden Wellen werden in Phase sein, d.h. die gerade Linie wird eine Wellenfront sein, wenn diese Zeiten gleich sind:. Das als Bedingung der Gleichheit der Zeiten gibt. In allen Richtungen wird das Licht aufgrund der Interferenz von Wellen ausgelöscht, die von Abschnitten der Flugbahn emittiert werden, die durch einen Abstand D getrennt sind. Der Wert von D wird durch eine offensichtliche Gleichung bestimmt, wobei T die Periode der Lichtoszillationen ist. Diese Gleichung hat immer eine Lösung, wenn.

Wenn , dann ist die Richtung, in der sich die abgestrahlten Wellen, interferierend, verstärken, nicht vorhanden, kann nicht größer als 1 sein.

Reis. 2. Ausbreitung von Schallwellen und Bildung einer Stoßwelle bei Körperbewegung

Strahlung wird nur beobachtet, wenn .

Experimentell fliegen Elektronen in einem endlichen Raumwinkel mit einer bestimmten Geschwindigkeitsstreuung, und als Ergebnis breitet sich Strahlung in einer konischen Schicht nahe der Hauptrichtung aus, die durch den Winkel bestimmt wird.

Bei unserer Betrachtung haben wir die Abbremsung des Elektrons vernachlässigt. Dies ist durchaus akzeptabel, da die Verluste durch Vavilov-Cherenkov-Strahlung gering sind und wir in erster Näherung davon ausgehen können, dass die vom Elektron verlorene Energie seine Geschwindigkeit nicht beeinflusst und es sich gleichmäßig bewegt. Dies ist der grundlegende Unterschied und die Ungewöhnlichkeit der Vavilov-Cherenkov-Strahlung. Normalerweise strahlen Ladungen ab und erfahren eine erhebliche Beschleunigung.

Ein Elektron, das seinem eigenen Licht davonläuft, ist wie ein Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit fliegt, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit. In diesem Fall breitet sich auch vor dem Flugzeug eine kegelförmige Stoßwelle aus (siehe Abb. 2).

Wenden wir uns einer näheren Betrachtung der Brechzahl zu, die wir in § 81 bei der Formulierung des Brechungsgesetzes eingeführt haben.

Der Brechungsindex hängt von den optischen Eigenschaften und dem Medium ab, aus dem der Strahl fällt und in das er eindringt. Der Brechungsindex, den man erhält, wenn Licht aus einem Vakuum auf ein Medium fällt, wird als absoluter Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet.

Reis. 184. Relativer Brechungsindex zweier Medien:

Der absolute Brechungsindex des ersten Mediums sei und der des zweiten Mediums - . Betrachtet man die Brechung an der Grenze des ersten und zweiten Mediums, so achten wir darauf, dass der Brechungsindex beim Übergang vom ersten zum zweiten Medium, der sogenannte relative Brechungsindex, gleich dem Verhältnis der absoluten Brechungsindizes von ist das zweite und erste Medium:

(Abb. 184). Im Gegensatz dazu haben wir beim Übergang vom zweiten Medium zum ersten einen relativen Brechungsindex

Der festgestellte Zusammenhang zwischen dem relativen Brechungsindex zweier Medien und ihren absoluten Brechungsindizes ließe sich auch theoretisch ohne neue Experimente herleiten, ebenso wie das Reversibilitätsgesetz (§82),

Ein Medium mit einem höheren Brechungsindex wird als optisch dichter bezeichnet. Üblicherweise wird der Brechungsindex verschiedener Medien gegenüber Luft gemessen. Der absolute Brechungsindex von Luft ist . Somit steht der absolute Brechungsindex jedes Mediums mit seinem Brechungsindex relativ zu Luft durch die Formel in Beziehung

Tabelle 6. Brechungsindex verschiedener Substanzen relativ zu Luft

Der Brechungsindex hängt von der Wellenlänge des Lichts ab, also von seiner Farbe. Unterschiedliche Farben entsprechen unterschiedlichen Brechungsindizes. Dieses als Dispersion bezeichnete Phänomen spielt in der Optik eine wichtige Rolle. Auf dieses Phänomen werden wir in späteren Kapiteln immer wieder eingehen. Die in der Tabelle angegebenen Daten. 6, beziehen sich auf gelbes Licht.

Es ist interessant festzustellen, dass das Reflexionsgesetz formal in der gleichen Form geschrieben werden kann wie das Brechungsgesetz. Denken Sie daran, dass wir vereinbart haben, immer die Winkel von der Senkrechten zum entsprechenden Strahl zu messen. Daher müssen wir den Einfallswinkel und den Reflexionswinkel mit entgegengesetzten Vorzeichen betrachten, d.h. Das Reflexionsgesetz kann geschrieben werden als

Vergleicht man (83.4) mit dem Brechungsgesetz, so sieht man, dass das Reflexionsgesetz als Spezialfall des Brechungsgesetzes bei betrachtet werden kann. Diese formale Ähnlichkeit zwischen Reflexions- und Brechungsgesetz ist für die Lösung praktischer Probleme von großem Nutzen.

In der bisherigen Darstellung hatte der Brechungsindex die Bedeutung einer Konstante des Mediums, unabhängig von der Intensität des durchtretenden Lichts. Eine solche Interpretation des Brechungsindex ist ganz natürlich, jedoch bei den mit modernen Lasern erreichbaren hohen Strahlungsintensitäten nicht gerechtfertigt. Die Eigenschaften des Mediums, das starke Lichtstrahlung durchdringt, hängen dabei von seiner Intensität ab. Wie sie sagen, wird das Medium nichtlinear. Die Nichtlinearität des Mediums äußert sich insbesondere darin, dass eine Lichtwelle hoher Intensität den Brechungsindex verändert. Die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Strahlungsintensität hat die Form

Dabei ist der übliche Brechungsindex, a der nichtlineare Brechungsindex und der Proportionalitätsfaktor. Der zusätzliche Term in dieser Formel kann entweder positiv oder negativ sein.

Die relativen Änderungen des Brechungsindex sind relativ gering. Bei nichtlinearer Brechungsindex. Aber auch solche kleinen Änderungen des Brechungsindex machen sich bemerkbar: Sie äußern sich in einem eigentümlichen Phänomen der Selbstfokussierung des Lichts.

Stellen Sie sich ein Medium mit einem positiven nichtlinearen Brechungsindex vor. In diesem Fall sind die Bereiche erhöhter Lichtintensität gleichzeitig Bereiche mit erhöhtem Brechungsindex. Üblicherweise ist bei realer Laserstrahlung die Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Strahls ungleichmäßig: Die Intensität ist entlang der Achse maximal und nimmt zu den Rändern des Strahls hin stetig ab, wie in Abb. 185 durchgezogene Kurven. Eine ähnliche Verteilung beschreibt auch die Änderung des Brechungsindex über den Querschnitt einer Zelle mit einem nichtlinearen Medium, entlang dessen Achse sich der Laserstrahl ausbreitet. Der Brechungsindex, der entlang der Zellachse am größten ist, nimmt zu seinen Wänden hin allmählich ab (gestrichelte Kurven in Abb. 185).

Ein achsparallel aus dem Laser austretendes Strahlenbündel, das in ein Medium mit variabler Brechzahl einfällt, wird in die Richtung abgelenkt, in der es größer ist. Daher führt eine erhöhte Intensität in der Nähe der OSP-Zelle zu einer Konzentration von Lichtstrahlen in diesem Bereich, was schematisch in Querschnitten und in Abb. 185, was zu einem weiteren Anstieg von führt. Letztendlich nimmt der effektive Querschnitt eines Lichtstrahls, der ein nichtlineares Medium durchdringt, erheblich ab. Licht tritt wie durch einen schmalen Kanal mit erhöhtem Brechungsindex ein. Dadurch verengt sich der Laserstrahl und das nichtlineare Medium wirkt unter der Einwirkung intensiver Strahlung als Sammellinse. Dieses Phänomen wird als Selbstfokussierung bezeichnet. Es kann beispielsweise in flüssigem Nitrobenzol beobachtet werden.

Reis. 185. Verteilung der Strahlungsintensität und des Brechungsindex über den Querschnitt des Laserstrahls am Eingang der Küvette (a), nahe dem Eingangsende (), in der Mitte (), nahe dem Ausgangsende der Küvette ( )