פיזור ברילואן

פיזור ברילואן, קרוי על שם לאון ברילואן, הוא שם כללי לתיאור אינטראקציה בין גלי אור לגלי קול. נהוג להפריד בין פיזור ברילואן ספונטני, בו אין השפעה על גל הקול כתוצאה מגל האור, לבין פיזור ברילואן מאולץ (או בקיצור SBS: ראשי תיבות של Stimulated Brillouin Scattering) בו גלי האור יכולים לחזק/להחליש את גל הקול. בפיזור ברילואן מאולץ, גלי האור המתפזרים משפיעים על חוזק גלי הקול שמשפיעים שוב על העוצמה בגלי האור המתפזרים, דבר שהופך את התופעה לאחת ממשפחת התופעות באופטיקה לא ליניארית.

התוצאה של האינטראקציה בין גלי האור לבין החומר היא שחלק מהאור משנה את כיוונו ולרוב גם את התדר שלו.

פיזור ברילואן ספונטני

כאשר אור נע מאזור עם מקדם שבירה נמוך לגבוה או ההפך, חלק מהעוצמה מוחזרת. לדוגמה, עבור שינוי לא רציף במקדם השבירה (כשאור מגיע מאוויר לחלון זכוכית או למים) כמות ההחזרה ניתנת לתיאור על ידי חוקי פרנל. לרוב, כאשר מגדילים צפיפות של חומר מסוים מקדם השבירה שלו גדל. באופן כמותי, קשר זה ניתן לביטוי בנוסחה $\Delta \varepsilon =\Delta (n^{2})=\gamma _{e}{\frac {\Delta \rho }{\rho _{0}}}$ כאשר $\varepsilon$ המקדם הדיאלקטרי של החומר, $\rho _{0}$ הצפיפות של החומר, $\Delta \rho$ השינויים בצפיפות כתוצאה מגל הקול, ו-$\gamma _{e}$ נקרא מקדם האלקטרוסטריקציה (electrostriction) של החומר.

כאשר אור עובר בתווך בו יש גל קול, מכל חלק שבו מקדם השבירה משתנה חלק מהאור יכול לחוות החזרה, ועבור אורכי גל ספציפיים, ההחזרות יכולות לעבור התאבכות בונה. על ידי שליטה בחוזק גל הקול ניתן להשפיע על כמה אור מתפזר, דבר שמשמש במאפננים אקוסטו-אופטיים. כמו כן, משום שתהליך הפיזור הזה קורה במערכת שנעה, אפקט דופלר נותן לאור המפוזר הסחת תדר - אם התדר של גל האור היה $\omega$ ותדר גל הקול היה $\Omega$, האור המתפזר יכול להיות בתדר $\omega -\Omega$ ("הסחת סטוקס") או בתדר $\omega +\Omega$ ("הסחת אנטי-סטוקס"). משום שהתדרים האקוסטיים נמוכים ב-5 סדרי גודל לפחות מתדר אופטי, ההסחה הזו אינה משמעותית לרוב היישומים.

פיזור ברילואן מאולץ

כאשר דיפול חווה גרדיאנט בשדה החשמלי, פועל עליו כוח נטו. משמעות עובדה זו היא שכאשר קיים גרדיאנט עוצמה בחומר, הדיפולים שמרכיבים את החומר מרגישים כוח שיכול לשנות את הלחץ בחומר. כמו כן, כאשר בחומר קיימים שני גלי אור בתדרים מאוד קרובים $\omega$ ו- $\omega -\Omega$ (כאשר $\Omega \ll \omega$) הקרבה בתדר יכולה לגרום לפעימות, כלומר נוצר גרדיאנט מרחבי בשדה החשמלי שמשתנה בזמן בצורה מחזורית. דבר זה גורם לשינויי צפיפות בחומר בצורה מחזורית, מה שיוצר גל קול. בהמשך, גל קול זה יכול לגרום לאנרגיה מהאור בתדר האחד לשני על ידי אותו תהליך שתואר בפיזור ברילואן ספונטני. תופעה זו יכולה לחזק עוד יותר גל הקול, וכך במשוב חיובי לגרום לכל האור לעבור הסחת כיוון ותדר.

השוני מפיזור ריילי

פיזור ריילי, יכול להיחשב גם כנגרם משינויים בצפיפות, הרכב וסידור של המולקולות וכתוצאה מכך של מקדם השבירה, בנפחים קטנים (במיוחד בגזים ונוזלים). ההבדל הוא שפיזור ריילי נחשב כאקראי וללא תלות בשינויים תרמיים, בניגוד לפיזור ברילואן שהוא הפרעה מחזורית.

ראו גם

• אופטיקה לא ליניארית

לקריאה נוספת

• Robert W. Boyd, Nonlinear optics, Second edition, Academic press, (2003)

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום למכלול ולהרחיב אותו.

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

30562404פיזור ברילואן