Явление просветления среды.

Первый нелинейный оптический эффект обнаружили в 1925 г. советские физики С. И. Вавилов и В. Л. Левшин. Они установили, что при больших значениях поверхностная плотность потока света прошедшего через урановое стекло, перестает быть прямо пропорциональной поверхностной плотности потока падающего света Следовательно, линейная зависимость между значениями оказалась нарушенной и коэффициент поглощения вещества

оказался непостоянным (рис. 107). Правда, в опытах С. И. Вавилова и В. Л. Левшина наблюдались сравнительно небольшие изменения коэффициента поглощения: при изменении поверхностной плотности светового потока в 3 раза коэффициент поглощения света в урановом стекле изменялся от 2,576 до 2,544, т. е. на 1,5%.

Тот факт, что урановое стекло становится более прозрачным при увеличении поверхностной плотности проходящего через него светового потока, имеет простое объяснение.

Вот как С. И. Вавилов объяснил механизм этого явления в книге «Микроструктура света» еще в 1950 г.: «Факт конечной длительности возбужденных состояний при поглощении света имеет непосредственное отношение к вопросу о пределах выполнения линейной зависимости законов распространения света в поглощающей среде и к суперпозиции света.

Чем большее число молекул находится в возбужденном состоянии при распространении света в среде, т. е. чем больше световая мощность, тем заметнее должна уменьшаться доля поглощаемой энергии, так как возбужденные молекулы до своего возвращения в нормальное состояние перестают абсорбировать свет прежним образом. Поглощение должно, таким образом, зависеть от мощности светового потока.

Очевидно, что отклонение от линейности будет тем заметнее, чем больше средняя длительность возбужденных состояний.

Для обычных состояний с длительностью жизни около 10-8 с требуются весьма большие световые мощности, до сих пор недоступные в лабораторных условиях, для того, чтобы заметить отклонение от линейности».

Рис. 107

Обнаружить явление просветления именно на образце уранового стекла удалось потому, что средняя длительность жизни возбужденных состояний атомов в этом веществе очень велика — около с.

Явление просветления — один из многих нелинейных эффектов, которые долгое время невозможно было обнаружить и исследовать из-за отсутствия достаточно мощных источников света. Предположение о существовании других нелинейных оптических явлений высказывалось на том основании, что в опытах было замечено влияние сильных электрических полей с напряженностью порядка на диэлектрическую проницаемость и показатель преломления среды. Естественно было предположить, что электрическое поле световой волны, распространяющейся в веществе, должно оказывать влияние на его параметры. Световые волны от обычных источников света не могут оказать заметного влияния на оптические свойства среды потому, что соответствующие им напряженности электрических полей очень малы по сравнению с напряженностью внутриатомных полей, имеющей порядок Например, напряженность электрического поля солнечного света на поверхности Земли составляет около Обычные источники света с поверхностной плотностью потока создают напряженность электрического поля, не превышающую это очень малые напряженности по сравнению с напряженностью внутриатомных полей.

С появлением лазеров, позволяющих получать мощные световые пучки с напряженностью электрического поля, сравнимой с напряженностью внутриатомных полей, появилась возможность экспериментального изучения нелинейных оптических явлений и применения этих явлений в различных приборах и технических устройствах.